JP6808249B2 - Force sensor - Google Patents

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JP6808249B2 JP2018515172A JP2018515172A JP6808249B2 JP 6808249 B2 JP6808249 B2 JP 6808249B2 JP 2018515172 A JP2018515172 A JP 2018515172A JP 2018515172 A JP2018515172 A JP 2018515172A JP 6808249 B2 JP6808249 B2 JP 6808249B2
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田 和 廣 岡
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Description

本発明は、力覚センサに関し、特に、所定の軸方向に作用した力及び所定の回転軸まわりに作用したモーメント(トルク)を電気信号として出力する機能をもったセンサに関する。 The present invention relates to a force sensor, and more particularly to a sensor having a function of outputting a force acting in a predetermined axial direction and a moment (torque) acting around a predetermined rotation axis as an electric signal.

所定の軸方向に沿って作用した力及び所定の回転軸まわりに作用したモーメントを電気信号として出力する機能をもった力覚センサが、例えば特許文献1に記載されており、産業用ロボットの力制御に広く利用されている。近年では、生活支援ロボットへも採用されている。力覚センサの市場が拡大するにつれて、力覚センサの低価格化及び高性能化が一層求められるようになった。 For example, Patent Document 1 describes a force sensor having a function of outputting a force acting along a predetermined axial direction and a moment acting around a predetermined rotation axis as an electric signal, and the force of an industrial robot. Widely used for control. In recent years, it has also been adopted for life support robots. As the market for force sensors has expanded, there has been a growing demand for lower prices and higher performance of force sensors.

ところで、力覚センサとしては、容量素子の静電容量値の変動量に基づいて力またはモーメントを検出する静電容量タイプの力覚センサや、歪ゲージの電気抵抗値の変動量に基づいて力またはモーメントを検出する歪ゲージタイプの力覚センサが利用されている。このうち、歪ゲージタイプの力覚センサは、起歪体(弾性体)の構造が複雑であり、また、その製造工程において起歪体に歪ゲージを貼付するという工程が必要である。このように歪ゲージタイプの力覚センサは、製造コストがかかるため、低価格化が困難である。 By the way, as a force sensor, a capacitance type force sensor that detects a force or a moment based on a fluctuation amount of a capacitance value of a capacitance element, or a force based on a fluctuation amount of an electric resistance value of a strain gauge. Alternatively, a strain gauge type force sensor that detects the moment is used. Of these, the strain gauge type force sensor has a complicated structure of the strain generating body (elastic body), and a step of attaching a strain gauge to the strain generating body is required in the manufacturing process thereof. As described above, it is difficult to reduce the price of the strain gauge type force sensor because the manufacturing cost is high.

これに対し、静電容量タイプの力覚センサは、1組の平行平板(容量素子)によって作用した力またはモーメントを計測することができるため、容量素子を含む起歪体の構造を簡素化することができる。すなわち、静電容量タイプの力覚センサは、相対的に製造コストがかからないため、低価格化が容易である、というメリットを有する。したがって、容量素子を含む起歪体の構造を更に簡素化すれば、静電容量タイプの力覚センサにおいて、一層の低価格化を実現することができる。 On the other hand, the capacitance type force sensor can measure the force or moment acted by one set of parallel flat plates (capacitive elements), which simplifies the structure of the strain generating body including the capacitive element. be able to. That is, the capacitance type force sensor has an advantage that the price can be easily reduced because the manufacturing cost is relatively low. Therefore, if the structure of the strain-causing body including the capacitance element is further simplified, the price of the capacitance type force sensor can be further reduced.

このような背景のもと、出願人は、国際特許出願PCT/JP2017/008843(特願2017−539470)において、Z軸方向から見て原点Oを取り囲むように配置され、力またはモーメントの作用によって弾性変形を生じる環状の変形体を有し、当該変形体が湾曲部を有する力覚センサを提案した。より具体的に説明すると、変形体が、XYZ三次元座標系に対して固定された2つの固定部と、当該変形体の環状の経路において2つの固定部と交互に位置付けられ、力またはモーメントの作用を受ける、2つの受力部と、環状の経路において隣接する固定部と受力部との間に位置付けられた4つの変形部と、を有しており、各変形部が、例えばZ軸負方向に湾曲(膨出)している、という力覚センサである。 Against this background, the applicant is arranged in the international patent application PCT / JP2017 / 008843 (Japanese Patent Application No. 2017-599470) so as to surround the origin O when viewed from the Z-axis direction, and is arranged by the action of a force or a moment. We have proposed a force sensor that has an annular deformed body that causes elastic deformation and the deformed body has a curved portion. More specifically, the plasmodium is positioned alternately with two fixed parts fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system and two fixed parts in the annular path of the deformed body, and the force or moment. It has two receiving parts that are affected and four deformed parts that are positioned between the fixed part and the receiving part that are adjacent to each other in the annular path, and each deformed part has, for example, the Z axis. It is a force sensor that is curved (bulged) in the negative direction.

出願人は、以上のような力覚センサを更に改良すべく鋭意検討を行った結果、変形部と固定部及び受力部との接続部分に湾曲部を設けることにより、当該接続部分への応力集中を緩和し、力覚センサの信頼性を一層向上させ得ることを見出した。 As a result of diligent studies to further improve the force sensor as described above, the applicant has provided a curved portion at the connecting portion between the deformed portion, the fixed portion and the receiving portion, thereby stressing the connecting portion. We have found that it is possible to alleviate concentration and further improve the reliability of the force sensor.

特開2004−354049号公報 本発明は、以上の知見に基づいている。すなわち、本発明の目的は、湾曲部を有する変形体を備えていると共に、高い信頼性をも備えた静電容量タイプの力覚センサを提供することである。Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-354049 The present invention is based on the above findings. That is, an object of the present invention is to provide a capacitance type force sensor having a deformed body having a curved portion and also having high reliability.

本発明の第1の態様による力覚センサは、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
力ないしモーメントの作用によって弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、XYZ三次元座標系に対して固定された少なくとも2つの固定部と、当該変形体の閉ループ状の経路において前記固定部に隣接して位置付けられ、力ないしモーメントの作用を受ける、少なくとも2つの受力部と、前記閉ループ状の経路において隣接する前記固定部と前記受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、
Z軸方向に湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記固定部とを接続し、Z軸方向に湾曲した固定部側湾曲面を有する、固定部側湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記受力部とを接続し、Z軸方向に湾曲した受力部側湾曲面を有する、受力部側湾曲部と、を有し、
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、前記変形部のZ軸正側またはZ軸負側に設けられ、湾曲の向きが互いに異なっており、
前記検出回路は、前記主湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力する。
The force sensor according to the first aspect of the present invention detects at least one of a force in each axial direction and a moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A closed-loop deformed body that elastically deforms due to the action of force or moment,
A detection circuit that outputs an electric signal indicating an acting force or moment based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body is positioned adjacent to at least two fixed parts fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system and the fixed parts in a closed loop path of the deformed body, and is affected by a force or a moment. It has at least two receiving portions and a deformed portion located between the fixed portion and the receiving portion that are adjacent to each other in the closed loop path.
The deformed part is
A main curved portion having a main curved surface curved in the Z-axis direction,
A fixed portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding fixed portion and has a fixed portion-side curved surface that is curved in the Z-axis direction.
The main curved portion and the corresponding receiving portion are connected to each other, and the receiving portion side curved portion having a curved surface on the receiving portion side curved in the Z-axis direction is provided.
The main curved surface, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side are both provided on the Z-axis positive side or the Z-axis negative side of the deformed portion, and the directions of curvature are different from each other. ,
The detection circuit outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the main curved portion.

この力覚センサにおいて、前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、前記変形部のZ軸負側に設けられ、
前記主湾曲面は、Z軸負側に向かって湾曲しており、
前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面は、Z軸正側に向かって湾曲していて良い。
In this force sensor, the main curved surface, the fixed portion side curved surface, and the force receiving portion side curved surface are both provided on the Z-axis negative side of the deformed portion.
The main curved surface is curved toward the negative side of the Z axis.
The curved surface on the fixed portion side and the curved surface on the receiving portion side may be curved toward the positive side of the Z axis.

また、本発明の第2の態様による力覚センサは、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
力ないしモーメントの作用によって弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、XYZ三次元座標系に対して固定された少なくとも2つの固定部と、当該変形体の閉ループ状の経路において前記固定部に隣接して位置付けられ、力ないしモーメントの作用を受ける、少なくとも2つの受力部と、前記閉ループ状の経路において隣接する前記固定部と前記受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、
前記閉ループ状の経路の内側または外側に向かって湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記固定部とを接続し、前記閉ループ状の経路の内側または外側に向かって湾曲した固定部側湾曲面を有する、固定部側湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記受力部とを接続し、前記閉ループ状の経路の内側または外側に向かって湾曲した受力部側湾曲面を有する、受力部側湾曲部と、を有し、
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、前記変形体の内周面又は外周面に設けられ、湾曲の向きが互いに異なっており、
前記検出回路は、前記主湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力する。
Further, the force sensor according to the second aspect of the present invention detects at least one of the force in each axial direction and the moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A closed-loop deformed body that elastically deforms due to the action of force or moment,
A detection circuit that outputs an electric signal indicating an acting force or moment based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body is positioned adjacent to at least two fixed parts fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system and the fixed parts in a closed loop path of the deformed body, and is affected by a force or a moment. It has at least two receiving portions and a deformed portion located between the fixed portion and the receiving portion that are adjacent to each other in the closed loop path.
The deformed part is
A main curved portion having a main curved surface curved inward or outward of the closed loop path,
A fixed portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding fixed portion and has a fixed portion-side curved surface that is curved toward the inside or outside of the closed loop-shaped path.
A receiving portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding receiving portion and has a receiving portion-side curved surface that is curved toward the inside or outside of the closed loop-shaped path. Have and
The main curved surface, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side are both provided on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the deformed body, and the directions of curvature are different from each other.
The detection circuit outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the main curved portion.

以上の各力覚センサは、XYZ三次元座標系に対して固定された固定体と、
力ないしモーメントの作用によって、前記固定体に対して相対移動する受力体と、を更に備え、
前記固定体は、固定体側接続部材を介して各固定部に接続され、
前記受力体は、受力体側接続部材を介して各受力部に接続されていて良い。
Each of the above force sensors is a fixed body fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system and
A receiving body that moves relative to the fixed body by the action of a force or a moment is further provided.
The fixed body is connected to each fixed portion via a fixed body side connecting member.
The receiving body may be connected to each receiving portion via a receiving body side connecting member.

以上の各力覚センサは、XYZ三次元座標系に対して固定された固定体と、
力ないしモーメントの作用によって、前記固定体に対して相対移動する受力体と、を更に備え、
前記固定体は、各固定部と一体的に形成され、
前記受力体は、各受力部と一体的に形成されていて良い。
Each of the above force sensors is a fixed body fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system and
A receiving body that moves relative to the fixed body by the action of a force or a moment is further provided.
The fixed body is integrally formed with each fixed portion, and is formed.
The receiving body may be integrally formed with each receiving portion.

前記変形体は、Z軸方向から見て原点を取り囲むように配置され、
前記固定体及び前記受力体には、Z軸が挿通する貫通孔がそれぞれ形成されていて良い。
The deformed body is arranged so as to surround the origin when viewed from the Z-axis direction.
Through holes through which the Z-axis is inserted may be formed in the fixed body and the receiving body, respectively.

前記変形体は、Z軸方向から見て原点を中心とする円形または矩形の形状を有していて良い。 The deformed body may have a circular or rectangular shape centered on the origin when viewed from the Z-axis direction.

本発明の第3の態様による力覚センサは、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
XYZ三次元座標系に対して固定された固定体と、
Z軸を取り囲み、前記固定体に接続され、力ないしモーメントの作用により弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
前記変形体に接続され、力ないしモーメントの作用により前記固定体に対して相対移動する受力体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、前記受力体に作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、前記固定体に接続された少なくとも2つの固定部と、前記受力体に接続され、当該変形体の周方向において前記固定部に隣接して位置付けられた少なくとも2つの受力部と、隣接する前記固定部と前記受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、
Z軸方向に湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記固定部とを接続し、Z軸方向に湾曲した固定部側湾曲面を有する、固定部側湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記受力部とを接続し、Z軸方向に湾曲した受力部側湾曲面を有する、受力部側湾曲部と、を有し、
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、前記変形部のZ軸正側またはZ軸負側に設けられ、湾曲の向きが互いに異なっており、
前記検出回路は、前記主湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力し、
前記受力体は、Z軸正方向またはZ軸負方向を向いた受力体表面を有し、
前記固定体は、Z軸正方向またはZ軸負方向を向いた固定体表面を有し、
前記変形体から前記受力体表面までの距離と、前記変形体から前記固定体表面までの距離と、が異なる。
The force sensor according to the third aspect of the present invention detects at least one of the force in each axial direction and the moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A fixed body fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system,
A closed-loop deformed body that surrounds the Z-axis, is connected to the fixed body, and causes elastic deformation by the action of a force or moment.
A receiving body that is connected to the deformed body and moves relative to the fixed body by the action of a force or moment.
A detection circuit that outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the receiving body based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body has at least two fixed portions connected to the fixed body and at least two receiving portions connected to the receiving body and positioned adjacent to the fixed portion in the circumferential direction of the deformed body. And a deformed portion positioned between the adjacent fixed portion and the receiving portion.
The deformed part is
A main curved portion having a main curved surface curved in the Z-axis direction,
A fixed portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding fixed portion and has a fixed portion-side curved surface that is curved in the Z-axis direction.
The main curved portion and the corresponding receiving portion are connected to each other, and the receiving portion side curved portion having a curved surface on the receiving portion side curved in the Z-axis direction is provided.
The main curved surface, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side are both provided on the Z-axis positive side or the Z-axis negative side of the deformed portion, and the directions of curvature are different from each other. ,
The detection circuit outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the main bending portion.
The receiving body has a receiving body surface facing the Z-axis positive direction or the Z-axis negative direction.
The fixed body has a fixed body surface facing the Z-axis positive direction or the Z-axis negative direction.
The distance from the deformed body to the surface of the receiving body and the distance from the deformed body to the surface of the fixed body are different.

また、本発明の第4の態様による力覚センサは、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
XYZ三次元座標系に対して固定された固定体と、
Z軸を取り囲み、前記固定体に接続され、力ないしモーメントの作用により弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
前記変形体に接続され、力ないしモーメントの作用により前記固定体に対して相対移動する受力体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、前記受力体に作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、前記固定体に接続された少なくとも2つの固定部と、前記受力体に接続され、当該変形体の周方向において前記固定部に隣接して位置付けられた少なくとも2つの受力部と、隣接する前記固定部と前記受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、
前記閉ループ状の経路の内側または外側に向かって湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記固定部とを接続し、前記閉ループ状の経路の内側または外側に向かって湾曲した固定部側湾曲面を有する、固定部側湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記受力部とを接続し、前記閉ループ状の経路の内側または外側に向かって湾曲した受力部側湾曲面を有する、受力部側湾曲部と、を有し、
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、前記変形体の内周面又は外周面に設けられ、湾曲の向きが互いに異なっており、
前記検出回路は、前記主湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力し、
前記受力体は、Z軸正方向またはZ軸負方向を向いた受力体表面を有し、
前記固定体は、Z軸正方向またはZ軸負方向を向いた固定体表面を有し、
前記変形体から前記受力体表面までの距離と、前記変形体から前記固定体表面までの距離と、が異なる。
Further, the force sensor according to the fourth aspect of the present invention detects at least one of the force in each axial direction and the moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A fixed body fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system,
A closed-loop deformed body that surrounds the Z-axis, is connected to the fixed body, and causes elastic deformation by the action of a force or moment.
A receiving body that is connected to the deformed body and moves relative to the fixed body by the action of a force or moment.
A detection circuit that outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the receiving body based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body has at least two fixed portions connected to the fixed body and at least two receiving portions connected to the receiving body and positioned adjacent to the fixed portion in the circumferential direction of the deformed body. And a deformed portion positioned between the adjacent fixed portion and the receiving portion.
The deformed part is
A main curved portion having a main curved surface curved inward or outward of the closed loop path,
A fixed portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding fixed portion and has a fixed portion-side curved surface that is curved toward the inside or outside of the closed loop-shaped path.
A receiving portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding receiving portion and has a receiving portion-side curved surface that is curved toward the inside or outside of the closed loop-shaped path. Have and
The main curved surface, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side are both provided on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the deformed body, and the directions of curvature are different from each other.
The detection circuit outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the main bending portion.
The receiving body has a receiving body surface facing the Z-axis positive direction or the Z-axis negative direction.
The fixed body has a fixed body surface facing the Z-axis positive direction or the Z-axis negative direction.
The distance from the deformed body to the surface of the receiving body and the distance from the deformed body to the surface of the fixed body are different.

以上の第3及び第4の態様による力覚センサにおいて、前記受力体表面及び前記固定体表面は、XY平面と平行であり、
前記受力体表面のZ座標値と前記固定体表面のZ座標値とが異なっていて良い。
In the force sensor according to the third and fourth aspects described above, the surface of the receiving body and the surface of the fixed body are parallel to the XY plane.
The Z coordinate value of the surface of the receiving body and the Z coordinate value of the surface of the fixed body may be different.

前記変形体は、前記固定体及び前記受力体の一方を取り囲み、
前記固定体及び前記受力体の他方は、前記変形体を取り囲んでいて良い。
The deformed body surrounds one of the fixed body and the receiving body,
The other of the fixed body and the receiving body may surround the deformed body.

前記固定体、前記受力体及び前記変形体は、いずれも、Z軸方向から見て原点を中心とする円形または矩形の形状を有していて良い。 The fixed body, the receiving body, and the deformed body may all have a circular or rectangular shape centered on the origin when viewed from the Z-axis direction.

前記少なくとも2つの固定部は、前記固定体と一体的に形成され、
前記少なくとも2つの受力部は、前記受力体と一体的に形成されていて良い。
The at least two fixing portions are formed integrally with the fixing body.
The at least two receiving portions may be formed integrally with the receiving body.

以上の各力覚センサにおいて、前記少なくとも2つの受力部及び前記少なくとも2つの固定部は、それぞれn個(nは2以上の自然数)設けられ、前記変形体の前記閉ループ状の経路に沿って交互に位置付けられ、
前記変形部は、2n個(nは2以上の自然数)設けられ、隣接する前記受力部と前記固定部との間に1つずつ配置されていて良い。
In each of the above force sensors, n (n is a natural number of 2 or more) of the at least two receiving portions and the at least two fixing portions are provided, and the deformed body is provided along the closed loop path. Positioned alternately,
2n (n is a natural number of 2 or more) are provided, and one of the deformed portions may be arranged between the adjacent receiving portion and the fixed portion.

また、以上の各力覚センサにおいて、前記検出回路は、前記主湾曲部に配置された変位センサを有し、この変位センサの計測値に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力して良い。 Further, in each of the above force sense sensors, the detection circuit has a displacement sensor arranged in the main bending portion, and outputs an electric signal indicating the acting force or moment based on the measured value of the displacement sensor. You can do it.

前記変位センサは、前記主湾曲部に配置された変位電極と、この変位電極に対向配置され、前記少なくとも2つの固定部に接続された固定電極と、を有する容量素子を含み、
前記検出回路は、前記容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力して良い。
The displacement sensor includes a capacitive element having a displacement electrode arranged on the main bending portion and a fixed electrode arranged facing the displacement electrode and connected to the at least two fixed portions.
The detection circuit may output an electric signal indicating an acting force or moment based on the amount of fluctuation in the capacitance value of the capacitance element.

あるいは、前記少なくとも2つの受力部及び前記少なくとも2つの固定部は、それぞれ2つ設けられ、
各固定部は、Z軸方向から見て前記変形体がX軸と重なる部位に、Y軸に関して対称的に配置され、
各受力部は、Z軸方向から見て前記変形体がY軸と重なる部位に、X軸に関して対称的に配置され、
前記変形部は、4つ設けられ、隣接する前記受力部と前記固定部との間に1つずつ配置され
前記変位センサは、各変形部の各主湾曲部に配置された4つの変位電極と、各変位電極に対向配置され、対応する各固定部に接続された4つの固定電極と、を有する4つの容量素子を含み、
前記4つの容量素子は、Z軸方向から見て前記変形体がV軸及びW軸と交わる4つの部位に1つずつ配置され、
前記検出回路は、前記4つの容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力して良い。
Alternatively, the at least two receiving portions and the at least two fixing portions are each provided with two.
Each fixed portion is arranged symmetrically with respect to the Y axis at a portion where the deformed body overlaps the X axis when viewed from the Z axis direction.
Each receiving portion is arranged symmetrically with respect to the X axis at a portion where the deformed body overlaps the Y axis when viewed from the Z axis direction.
Four of the deformed portions are provided, and one is arranged between the adjacent receiving portion and the fixed portion. The displacement sensor is a four displacement electrode arranged in each main curved portion of each deformed portion. And four capacitive elements having four fixed electrodes arranged opposite to each displacement electrode and connected to each corresponding fixed portion.
The four capacitive elements are arranged one by one at four sites where the deformed body intersects the V-axis and the W-axis when viewed from the Z-axis direction.
The detection circuit may output an electric signal indicating an acting force or moment based on the amount of fluctuation in the capacitance value of the four capacitance elements.

前記変形体の前記主湾曲部には、変形体側支持体が接続されており、
前記変位電極は、対応する前記変形体側支持体によって支持されていて良い。
A support on the side of the deformed body is connected to the main curved portion of the deformed body.
The displacement electrode may be supported by the corresponding deformed body side support.

本発明の第5の態様による力覚センサは、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
力ないしモーメントの作用によって弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、XYZ三次元座標系に対して固定された4つの固定部と、当該変形体の閉ループ状の経路において各固定部に隣接して位置付けられ、力ないしモーメントの作用を受ける、4つの受力部と、前記閉ループ状の経路において隣接する各固定部と各受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、
Z軸方向に湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記固定部とを接続し、Z軸方向に湾曲した固定部側湾曲面を有する、固定部側湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記受力部とを接続し、Z軸方向に湾曲した受力部側湾曲面を有する、受力部側湾曲部と、を有し、
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、各変形部のZ軸正側またはZ軸負側に設けられ、湾曲の向きが互いに異なっており、
前記検出回路は、前記主湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力する。
The force sensor according to the fifth aspect of the present invention detects at least one of the force in each axial direction and the moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A closed-loop deformed body that elastically deforms due to the action of force or moment,
A detection circuit that outputs an electric signal indicating an acting force or moment based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body is positioned adjacent to each fixed part in a closed loop-shaped path of the deformed body and four fixed parts fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system, and is subjected to the action of a force or a moment. It has one receiving portion and a deformed portion positioned between each fixed portion and each receiving portion adjacent to each other in the closed loop path.
The deformed part is
A main curved portion having a main curved surface curved in the Z-axis direction,
A fixed portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding fixed portion and has a fixed portion-side curved surface that is curved in the Z-axis direction.
The main curved portion and the corresponding receiving portion are connected to each other, and the receiving portion side curved portion having a curved surface on the receiving portion side curved in the Z-axis direction is provided.
The main curved surface, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side are both provided on the Z-axis positive side or the Z-axis negative side of each deformed portion, and the directions of curvature are different from each other. ,
The detection circuit outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the main curved portion.

また、本発明の第6の態様による力覚センサは、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
力ないしモーメントの作用によって弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、XYZ三次元座標系に対して固定された4つの固定部と、当該変形体の閉ループ状の経路において前記固定部に隣接して位置付けられ、力ないしモーメントの作用を受ける、4つの受力部と、前記閉ループ状の経路において隣接する前記固定部と前記受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、
前記閉ループ状の経路の内側または外側に向かって湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記固定部とを接続し、前記閉ループ状の経路の内側または外側に向かって湾曲した固定部側湾曲面を有する、固定部側湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記受力部とを接続し、前記閉ループ状の経路の内側または外側に向かって湾曲した受力部側湾曲面を有する、受力部側湾曲部と、を有し、
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、前記変形体の内周面又は外周面に設けられ、湾曲の向きが互いに異なっており、
前記検出回路は、前記主湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力する。
Further, the force sensor according to the sixth aspect of the present invention detects at least one of the force in each axial direction and the moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A closed-loop deformed body that elastically deforms due to the action of force or moment,
A detection circuit that outputs an electric signal indicating an acting force or moment based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body is positioned adjacent to the four fixed parts fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system and the fixed parts in a closed loop-shaped path of the deformed body, and is subjected to the action of a force or a moment. It has one receiving portion and a deformed portion positioned between the fixed portion and the receiving portion that are adjacent to each other in the closed loop path.
The deformed part is
A main curved portion having a main curved surface curved inward or outward of the closed loop path,
A fixed portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding fixed portion and has a fixed portion-side curved surface that is curved toward the inside or outside of the closed loop-shaped path.
A receiving portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding receiving portion and has a receiving portion-side curved surface that is curved toward the inside or outside of the closed loop-shaped path. Have and
The main curved surface, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side are both provided on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the deformed body, and the directions of curvature are different from each other.
The detection circuit outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the main curved portion.

以上の第5及び第6の態様による力覚センサにおいて、前記4つの受力部及び前記4つの固定部は、前記変形体の前記閉ループ状の経路に沿って交互に位置付けられ、
前記変形部は、8つ設けられ、隣接する前記受力部と前記固定部との間に1つずつ配置されていて良い。
In the force sensor according to the fifth and sixth aspects described above, the four receiving portions and the four fixing portions are alternately positioned along the closed loop-shaped path of the deformed body.
Eight of the deformed portions may be provided, and one may be arranged between the adjacent receiving portion and the fixed portion.

以上の力覚センサは、XYZ三次元座標系に対して固定された固定体と、
力ないしモーメントの作用によって、前記固定体に対して相対移動する受力体と、を更に備え、
前記4つの固定部は、固定体側接続部材を介して前記固定体に接続され、
前記4つの受力部は、受力体側接続部材を介して前記受力体に接続されていて良い。
The above force sensor is a fixed body fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system and
A receiving body that moves relative to the fixed body by the action of a force or a moment is further provided.
The four fixing portions are connected to the fixed body via a fixed body side connecting member.
The four receiving portions may be connected to the receiving body via a receiving body side connecting member.

あるいは、以上の力覚センサは、XYZ三次元座標系に対して固定された固定体と、
力ないしモーメントの作用によって、前記固定体に対して相対移動する受力体と、を更に備え、
前記4つの固定部は、前記固定体と一体的に形成され、
前記4つの受力部は、前記受力体と一体的に形成されていて良い。
Alternatively, the above force sensor is a fixed body fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system.
A receiving body that moves relative to the fixed body by the action of a force or a moment is further provided.
The four fixing portions are integrally formed with the fixed body.
The four receiving portions may be integrally formed with the receiving body.

前記閉ループ状の変形体は、円形また矩形の形状を有していて良い。 The closed-loop variant may have a circular or rectangular shape.

前記検出回路は、前記主湾曲部に配置された変位センサを有し、この変位センサの計測値に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力して良い。 The detection circuit has a displacement sensor arranged in the main bending portion, and may output an electric signal indicating an acting force or moment based on a measured value of the displacement sensor.

前記変位センサは、前記主湾曲部に配置された変位電極と、この変位電極に対向配置され、前記4つの固定部の少なくとも1つに接続された固定電極と、を有する容量素子を含み、
前記検出回路は、前記容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力して良い。
The displacement sensor includes a capacitive element having a displacement electrode arranged on the main curved portion and a fixed electrode arranged facing the displacement electrode and connected to at least one of the four fixed portions.
The detection circuit may output an electric signal indicating an acting force or moment based on the amount of fluctuation in the capacitance value of the capacitance element.

前記4つの受力部のうち2つは、Z軸方向から見てX軸上に原点対称に配置され、
前記4つの受力部のうち残り2つは、Z軸方向から見てY軸上に原点対称に配置され、
XY平面上に、原点を通りX軸およびY軸に対して45°をなすV軸およびW軸を定義した場合に、
前記4つの固定部のうち2つは、Z軸方向から見てV軸上に原点対称に配置され、
前記4つの固定部のうち残り2つは、Z軸方向から見てW軸上に原点対称に配置され、
前記変形部は、8つ設けられ、隣接する前記受力部と前記固定部との間に1つずつ配置され
前記変位センサは、各変形部の各主湾曲部に配置された8つの変位電極と、各変位電極に対向配置され、対応する各固定部に接続された8つの固定電極と、を有する8つの容量素子を含み、
前記検出回路は、前記8つの容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力して良い。
Two of the four receiving portions are arranged symmetrically with respect to the origin on the X axis when viewed from the Z axis direction.
The remaining two of the four receiving portions are arranged symmetrically with respect to the origin on the Y axis when viewed from the Z axis direction.
When the V-axis and W-axis that pass through the origin and form 45 ° with respect to the X-axis and Y-axis are defined on the XY plane,
Two of the four fixed portions are arranged symmetrically with respect to the origin on the V axis when viewed from the Z axis direction.
The remaining two of the four fixed portions are arranged symmetrically with respect to the origin on the W axis when viewed from the Z axis direction.
Eight of the deformed portions are provided, and one is arranged between the adjacent receiving portion and the fixed portion. The displacement sensor is eight displacement electrodes arranged in each main curved portion of each deformed portion. And eight capacitive elements having eight fixed electrodes arranged opposite to each displacement electrode and connected to each corresponding fixed portion.
The detection circuit may output an electric signal indicating an acting force or moment based on the amount of fluctuation in the capacitance value of the eight capacitance elements.

以上の各力覚センサにおいて、前記主湾曲部の前記主湾曲面は、前記閉ループ状の経路に沿って観察したとき、変曲点を有しない滑らかな曲面で構成されていて良い。 In each of the above force sensors, the main curved surface of the main curved portion may be formed of a smooth curved surface having no inflection point when observed along the closed loop path.

あるいは、以上の各力覚センサにおいて、前記主湾曲部の前記主湾曲面は、前記閉ループ状の経路に沿って観察したとき、円弧に沿った曲面で構成されていて良い。 Alternatively, in each of the above force sensors, the main curved surface of the main curved portion may be formed of a curved surface along an arc when observed along the closed loop path.

あるいは、以上の各力覚センサにおいて、前記主湾曲部の前記主湾曲面は、前記閉ループ状の経路に沿って観察したとき、楕円の弧に沿った曲面で構成されていて良い。 Alternatively, in each of the above force sensors, the main curved surface of the main curved portion may be formed of a curved surface along an elliptical arc when observed along the closed loop path.

以上の各力覚センサにおいて、前記主湾曲部は、前記閉ループ状の経路に沿って観察したとき、少なくとも一方の端部領域に湾曲していない直線区画を有していて良い。 In each of the above force sensors, the main curved portion may have a non-curved straight section in at least one end region when observed along the closed loop path.

本発明の第7の態様による力覚センサは、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
Z軸を取り囲み、XYZ三次元座標系に対して固定された固定体と、
Z軸を取り囲み、前記固定体に接続され、力ないしモーメントの作用により弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
Z軸を取り囲み、前記変形体に接続され、力ないしモーメントの作用により前記固定体に対して相対移動する受力体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、前記受力体に作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、前記固定体に接続された少なくとも2つの固定部と、前記受力体に接続され、当該変形体の周方向において前記固定部に隣接して位置付けられた少なくとも2つの受力部と、隣接する前記固定部と前記受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、所定の方向に湾曲した湾曲部を有し、
前記検出回路は、前記湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力し、
前記受力体は、Z軸正方向またはZ軸負方向を向いた受力体表面を有し、
前記変形体は、前記受力体表面と同じ方向を向いた変形体表面を有し、この変形体表面のZ座標が前記受力体表面のZ座標と異なっている。
The force sensor according to the seventh aspect of the present invention detects at least one of the force in each axial direction and the moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A fixed body that surrounds the Z axis and is fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system,
A closed-loop deformed body that surrounds the Z-axis, is connected to the fixed body, and causes elastic deformation by the action of a force or moment.
A receiving body that surrounds the Z-axis, is connected to the deformed body, and moves relative to the fixed body by the action of a force or moment.
A detection circuit that outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the receiving body based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body has at least two fixed portions connected to the fixed body and at least two receiving portions connected to the receiving body and positioned adjacent to the fixed portion in the circumferential direction of the deformed body. And a deformed portion positioned between the adjacent fixed portion and the receiving portion.
The deformed portion has a curved portion curved in a predetermined direction.
The detection circuit outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the curved portion.
The receiving body has a receiving body surface facing the Z-axis positive direction or the Z-axis negative direction.
The deformed body has a deformed body surface oriented in the same direction as the surface of the receiving body, and the Z coordinate of the surface of the deformed body is different from the Z coordinate of the surface of the receiving body.

前記固定体は、前記受力体表面と同じ方向を向いた固定体表面を有し、この固定体表面のZ座標が前記変形体表面のZ座標及び前記受力体表面のZ座標と異なっていて良い。 The fixed body has a fixed body surface oriented in the same direction as the surface of the receiving body, and the Z coordinate of the surface of the fixed body is different from the Z coordinate of the surface of the deformed body and the Z coordinate of the surface of the receiving body. It's okay.

あるいは、本発明の第8の態様による力覚センサは、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
Z軸を取り囲み、XYZ三次元座標系に対して固定された固定体と、
Z軸を取り囲み、前記固定体に接続され、力ないしモーメントの作用により弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
Z軸を取り囲み、前記変形体に接続され、力ないしモーメントの作用により前記固定体に対して相対移動する受力体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、前記受力体に作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、前記固定体に接続された少なくとも2つの固定部と、前記受力体に接続され、当該変形体の周方向において前記固定部に隣接して位置付けられた少なくとも2つの受力部と、隣接する前記固定部と前記受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、所定の方向に湾曲した湾曲部を有し、
前記検出回路は、前記湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力し、
前記固定体は、Z軸正方向またはZ軸負方向を向いた固定体表面を有し、
前記変形体は、前記固定体表面と同じ方向を向いた変形体表面を有し、この変形体表面のZ座標が前記固定体表面のZ座標と異なっている。
Alternatively, the force sensor according to the eighth aspect of the present invention detects at least one of the force in each axial direction and the moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A fixed body that surrounds the Z axis and is fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system,
A closed-loop deformed body that surrounds the Z-axis, is connected to the fixed body, and causes elastic deformation by the action of a force or moment.
A receiving body that surrounds the Z-axis, is connected to the deformed body, and moves relative to the fixed body by the action of a force or moment.
A detection circuit that outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the receiving body based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body has at least two fixed portions connected to the fixed body and at least two receiving portions connected to the receiving body and positioned adjacent to the fixed portion in the circumferential direction of the deformed body. And a deformed portion positioned between the adjacent fixed portion and the receiving portion.
The deformed portion has a curved portion curved in a predetermined direction.
The detection circuit outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the curved portion.
The fixed body has a fixed body surface facing the Z-axis positive direction or the Z-axis negative direction.
The deformed body has a deformed body surface oriented in the same direction as the fixed body surface, and the Z coordinate of the deformed body surface is different from the Z coordinate of the fixed body surface.

上記第7及び第8の態様による力覚センサにおいて、前記固定体、前記受力体及び前記変形体は、いずれも、Z軸方向から見て原点を中心とする円形または矩形の形状を有して良い。 In the force sensor according to the seventh and eighth aspects, the fixed body, the receiving body, and the deformed body all have a circular or rectangular shape centered on the origin when viewed from the Z-axis direction. It's okay.

また、前記受力体及び前記固定体は、前記変形体を挟み込むように配置されていて良い。 Further, the receiving body and the fixed body may be arranged so as to sandwich the deformed body.

あるいは、前記受力体及び前記固定体は、前記変形体に関し同じ側に配置されていて良い。 Alternatively, the receiving body and the fixed body may be arranged on the same side with respect to the deformed body.

また、前記固定体または前記受力体は、前記力覚センサが取り付けられる取付対象物に面する領域にセンサ側凸部を有し、
前記センサ側凸部は、前記力覚センサが前記取付対象物に取り付けられる際、当該取付対象物に形成された取付凹部に収容され、
前記センサ側凸部は、前記取付凹部の内周面により当該取付凹部の内側に向かって押圧されて良い。
Further, the fixed body or the force receiving body has a sensor-side convex portion in a region facing the mounting object to which the force sensor is mounted.
When the force sensor is attached to the attachment object, the sensor-side convex portion is housed in the attachment recess formed in the attachment object.
The sensor-side convex portion may be pressed toward the inside of the mounting recess by the inner peripheral surface of the mounting recess.

あるいは、前記固定体または前記受力体は、前記力覚センサが取り付けられる取付対象物に面する領域にセンサ側凹部を有し、
前記センサ側凹部は、前記力覚センサが前記取付対象物に取り付けられる際、当該取付対象物に形成された取付凸部を収容し、
前記センサ側凹部の内周面が、前記取付凸部を当該センサ側凹部の内側に向かって押圧して良い。
Alternatively, the fixed body or the receiving body has a sensor-side recess in a region facing the mounting object to which the force sensor is mounted.
The sensor-side concave portion accommodates a mounting convex portion formed on the mounting object when the force sensor is mounted on the mounting target.
The inner peripheral surface of the sensor-side recess may press the mounting convex portion toward the inside of the sensor-side recess.

本発明の第9の態様による力覚センサは、取付凹部を有する取付対象物に取り付けられ、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
力ないしモーメントの作用によって弾性変形を生じる変形体と、
前記変形体に接続され、XYZ三次元座標に対して固定された固定体と、
前記変形体に接続され、力ないしモーメントの作用により前記固定体に対し相対移動する受力体と、を備え、
前記固定体または前記受力体は、前記取付対象物に面する領域に前記取付凹部に収容されるセンサ側凸部を有し、
前記センサ側凸部は、前記取付凹部に収容される際に、当該取付凹部の内周面により当該取付凹部の内側に向かって押圧される。
The force sensor according to the ninth aspect of the present invention is attached to an object to be mounted having a mounting recess, and detects at least one of a force in each axial direction and a moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system. And
Plasmodium that elastically deforms due to the action of force or moment
A fixed body connected to the deformed body and fixed with respect to XYZ three-dimensional coordinates,
It is provided with a receiving body that is connected to the deformed body and moves relative to the fixed body by the action of a force or a moment.
The fixed body or the receiving body has a sensor-side convex portion housed in the mounting recess in a region facing the mounting object.
When the sensor-side convex portion is housed in the mounting recess, the inner peripheral surface of the mounting recess presses the convex portion toward the inside of the mounting recess.

以上の第9の態様による力覚センサが前記取付対象物に取り付けられる際の取付方向に対し前記センサ側凸部の外周面がなす鋭角は、前記取付方向に対し前記取付凹部の前記内周面がなす鋭角より小さくて良い。 The acute angle formed by the outer peripheral surface of the convex portion on the sensor side with respect to the mounting direction when the force sensor according to the ninth aspect is mounted on the mounting object is the inner peripheral surface of the mounting recess with respect to the mounting direction. It may be smaller than the acute angle of the eggplant.

前記センサ側凸部は、前記力覚センサが前記取付対象物に取り付けられる際の取付方向から見て、間隔を空けて対向して設けられていて良く、または、閉ループ状の経路に沿って連続的または断続的に設けられていて良い。 The sensor-side convex portions may be provided so as to face each other at intervals when viewed from the mounting direction when the force sensor is mounted on the mounting object, or may be continuously provided along a closed loop-shaped path. It may be provided intentionally or intermittently.

本発明の第10の態様による力覚センサは、取付凸部を有する取付対象物に取り付けられ、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
力ないしモーメントの作用によって弾性変形を生じる変形体と、
前記変形体に接続され、XYZ三次元座標に対して固定された固定体と、
前記変形体に接続され、力ないしモーメントの作用により前記固定体に対し相対移動する受力体と、を備え、
前記固定体または前記受力体は、前記取付対象物に面する領域に前記取付凸部に収容されるセンサ側凹部を有し、
前記センサ側凹部が前記取付凸部を収容する際に、前記センサ側凹部の内周面が前記取付凸部を当該センサ側凹部の内側に向かって押圧する。
The force sensor according to the tenth aspect of the present invention is attached to an object to be mounted having a mounting protrusion, and detects at least one of a force in each axial direction and a moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system. It's a thing
Plasmodium that elastically deforms due to the action of force or moment
A fixed body connected to the deformed body and fixed with respect to XYZ three-dimensional coordinates,
It is provided with a receiving body that is connected to the deformed body and moves relative to the fixed body by the action of a force or a moment.
The fixed body or the receiving body has a sensor-side concave portion housed in the mounting convex portion in a region facing the mounting object.
When the sensor-side concave portion accommodates the mounting convex portion, the inner peripheral surface of the sensor-side concave portion presses the mounting convex portion toward the inside of the sensor-side concave portion.

前記力覚センサが前記取付対象物に取り付けられる際の取付方向に対し前記センサ側凹部の内周面がなす鋭角は、前記取付方向に対し前記取付凸部の外周面がなす鋭角より大きくて良い。 The acute angle formed by the inner peripheral surface of the sensor-side concave portion with respect to the mounting direction when the force sensor is mounted on the mounting object may be larger than the acute angle formed by the outer peripheral surface of the mounting convex portion with respect to the mounting direction. ..

また、前記取付凸部は、前記力覚センサが前記取付対象物に取り付けられる際の取付方向から見て、間隔を空けて対向して設けられている、または、閉ループ状の経路に沿って連続的または断続的に設けられていて良い。 Further, the mounting convex portions are provided so as to face each other at intervals when viewed from the mounting direction when the force sensor is mounted on the mounting object, or are continuously provided along a closed loop-shaped path. It may be provided intentionally or intermittently.

以上の第10の態様による力覚センサと、
前記力覚センサが取り付けられる取付対象物と、を備えた、組合せ体も、本発明の範囲内である。
The force sensor according to the above tenth aspect and
A combination including an object to be attached to which the force sensor is attached is also within the scope of the present invention.

あるいは、本発明の第11の態様による力覚センサは、取付孔を有する取付対象物に取り付けられ、XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出するものであって、
力ないしモーメントの作用によって弾性変形を生じる変形体と、
前記変形体に接続され、XYZ三次元座標に対して固定された固定体と、
前記変形体に接続され、力ないしモーメントの作用により前記固定体に対し相対移動する受力体と、を備え、
前記固定体または前記受力体には、取付対象物に前記力覚センサを取り付けるための固定具が通過する貫通孔が設けられ、
前記貫通孔の前記取付対象物側の縁部には、当該取付対象物に向かって突出した突出部が設けられ、
前記突出部は、前記力覚センサを前記取付対象物に取り付ける際に、前記取付孔の縁部を押圧する。
Alternatively, the force sensor according to the eleventh aspect of the present invention is attached to an object to be mounted having a mounting hole, and detects at least one of a force in each axial direction and a moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system. To do
Plasmodium that elastically deforms due to the action of force or moment
A fixed body connected to the deformed body and fixed with respect to XYZ three-dimensional coordinates,
It is provided with a receiving body that is connected to the deformed body and moves relative to the fixed body by the action of a force or a moment.
The fixed body or the force receiving body is provided with a through hole through which a fixture for mounting the force sensor is passed through the object to be mounted.
A protruding portion protruding toward the mounting object is provided on the edge of the through hole on the mounting object side.
The protruding portion presses the edge portion of the mounting hole when the force sensor is mounted on the mounting object.

以上の第11の態様による力覚センサにおいて、前記取付孔の縁部には、すり鉢状の取付側テーパ面が形成されており、
前記突出部の外周面に、前記取付対象物に向かって先細となるセンサ側テーパ面が形成され、
前記センサ側テーパ面は、前記力覚センサを前記取付対象物に取り付ける際に、前記取付側テーパ面を押圧し、
前記力覚センサが前記取付対象物に取り付けられる際の取付方向に対し前記センサ側テーパ面がなす鋭角は、前記取付方向に対し前記取付側テーパ面がなす鋭角より小さくて良い。
In the force sensor according to the eleventh aspect described above, a mortar-shaped tapered surface on the mounting side is formed at the edge of the mounting hole.
A sensor-side tapered surface that tapers toward the object to be attached is formed on the outer peripheral surface of the protruding portion.
The sensor-side tapered surface presses the mounting-side tapered surface when the force sensor is mounted on the mounting object.
The acute angle formed by the sensor-side tapered surface with respect to the mounting direction when the force sensor is mounted on the mounting object may be smaller than the acute angle formed by the mounting-side tapered surface with respect to the mounting direction.

あるいは、以上の第11の態様による力覚センサと、
前記力覚センサが取り付けられる取付対象物と、を備えた、組合せ体も、本発明の範囲内である。
Alternatively, the force sensor according to the eleventh aspect described above and
A combination including an object to be attached to which the force sensor is attached is also within the scope of the present invention.

本発明の一実施の形態による力覚センサの基本構造を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the basic structure of the force sensor by one Embodiment of this invention. 図1の基本構造を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the basic structure of FIG. 図2の[3]−[3]線断面図である。It is sectional drawing of [3]-[3] of FIG. 図3中に一点鎖線で示された矩形領域Rの拡大図である。It is an enlarged view of the rectangular region R shown by the alternate long and short dash line in FIG. 図1の基本構造に対してX軸正まわりのモーメント+Mxが作用したときに、各変形部に生じる弾性変形を説明するための概略平面図である。It is a schematic plan view for demonstrating the elastic deformation which occurs in each deformation part when the moment + Mx around the X-axis acts on the basic structure of FIG. 図5の概略断面図である。図6(a)は、図5の[6a]−[6a]線断面図であり、図6(b)は、図5の[6b]−[6b]線断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of FIG. 6 (a) is a sectional view taken along line [6a]-[6a] of FIG. 5, and FIG. 6 (b) is a sectional view taken along line [6b]-[6b] of FIG. 図1の基本構造に対してY軸正まわりのモーメント+Myが作用したときに、各変形部に生じる弾性変形を説明するための概略平面図である。It is a schematic plan view for demonstrating the elastic deformation which occurs in each deformation part when the moment + My about the positive direction of Y axis acts on the basic structure of FIG. 図7の概略断面図である。図8(a)は、図7の[8a]−[8a]線断面図であり、図8(b)は、図7の[8b]−[8b]線断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of FIG. 8 (a) is a sectional view taken along line [8a]-[8a] of FIG. 7, and FIG. 8 (b) is a sectional view taken along line [8b]-[8b] of FIG. 図1の基本構造に対してZ軸正まわりのモーメント+Mzが作用したときに、各変形部に生じる弾性変形を説明するための概略平面図である。It is a schematic plan view for demonstrating the elastic deformation which occurs in each deformation part when the moment + Mz about the Z-axis forward acts on the basic structure of FIG. 図9の概略断面図である。図10(a)は、図9の[10a]−[10a]線断面図であり、図10(b)は、図9の[10b]−[10b]線断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of FIG. 10 (a) is a sectional view taken along line [10a]-[10a] of FIG. 9, and FIG. 10 (b) is a sectional view taken along line [10b]-[10b] of FIG. 図1の基本構造に対してZ軸正方向の力+Fzが作用したときに、各変形部に生じる弾性変形を説明するための概略平面図である。It is a schematic plan view for demonstrating the elastic deformation which occurs in each deformation part when the force + Fz in the positive direction of the Z axis acts on the basic structure of FIG. 図11の概略断面図である。図12(a)は、図11の[12a]−[12a]線断面図であり、図12(b)は、図11の[12b]−[12b]線断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of FIG. 12 (a) is a cross-sectional view taken along the line [12a]-[12a] of FIG. 11, and FIG. 12 (b) is a cross-sectional view taken along the line [12b]-[12b] of FIG. 図1の基本構造を利用した力覚センサを示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the force sensor using the basic structure of FIG. 図13の[14]−[14]線断面図である。13 is a cross-sectional view taken along the line [14]-[14] of FIG. 図13の力覚センサに対して、力及びしモーメントが作用したときに各容量素子に生じる静電容量値の変動を示す図表である。It is a figure which shows the fluctuation of the capacitance value which occurs in each capacitance element when a force and a moment are applied to the force sensor of FIG. 本発明の第2の実施の形態による力覚センサの基本構造を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the basic structure of the force sensor by the 2nd Embodiment of this invention. 図16の[17]−[17]線断面図である。16 is a cross-sectional view taken along the line [17]-[17] of FIG. 矩形の変形体を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the deformed body of a rectangle. 図18の概略断面図である。図19(a)は、図18の[19a]−[19a]線断面図であり、図19(b)は、図18の[19b]−[19b]線断面図である。FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of FIG. 19 (a) is a cross-sectional view taken along the line [19a]-[19a] of FIG. 18, and FIG. 19 (b) is a cross-sectional view taken along the line [19b]-[19b] of FIG. 本発明に利用可能な正方形状の矩形変形体の概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of a square rectangular variant that can be used in the present invention. 図20の概略断面図である。図21(a)は、図20の[21a]−[21a]線断面図であり、図21(b)は、図20の[21b]−[21b]線断面図であり、図21(c)は、図20の[21c]−[21c]線断面図であり、図21(d)は、図20の[21d]−[21d]線断面図である。It is a schematic cross-sectional view of FIG. 21 (a) is a sectional view taken along the line [21a]-[21a] of FIG. 20, FIG. 21 (b) is a sectional view taken along the line [21b]-[21b] of FIG. ) Is a cross-sectional view taken along the line [21c]-[21c] of FIG. 20, and FIG. 21 (d) is a cross-sectional view taken along the line [21d]-[21d] of FIG. 図20の矩形変形体を採用した、本実施の形態による力覚センサの基本構造を示す概略断面図である。It is schematic cross-sectional view which shows the basic structure of the force sensor by this embodiment which adopted the rectangular deformed body of FIG. 受力体にX軸正方向の力+Fxが作用したときに、図20に示す矩形変形体の各検出点に生じる変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement which occurs at each detection point of the rectangular deformed body shown in FIG. 20 when the force + Fx in the positive direction of the X axis acts on a receiving body. 受力体にZ軸正方向の力+Fzが作用したときに、図20に示す矩形変形体の各検出点に生じる変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement which occurs at each detection point of the rectangular deformed body shown in FIG. 20 when a force + Fz in the Z-axis positive direction acts on a receiving body. 受力体にX軸正方向のモーメント+Mxが作用したときに、図20に示す矩形変形体の各検出点に生じる変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement which occurs at each detection point of the rectangular deformed body shown in FIG. 20 when the moment + Mx in the positive direction of the X-axis acts on a receiving body. 図受力体にZ軸正方向のモーメント+Mzが作用したときに、図20に示す矩形変形体の各検出点に生じる変位を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the displacement generated at each detection point of the rectangular deformed body shown in FIG. 20 when a moment + Mz in the positive direction of the Z axis acts on the receiving body. 受力体にXYZ三次元座標系の各軸方向の力及び各軸方向のモーメントが作用したときの、図20の矩形変形体の各検出点と固定体との離間距離の増減を一覧で示す図表である。A list shows the increase / decrease in the separation distance between each detection point of the rectangular deformed body and the fixed body in FIG. 20 when a force in each axial direction and a moment in each axial direction are applied to the receiving body in the XYZ three-dimensional coordinate system. It is a chart. 図22の基本構造を用いた、本実施の形態による力覚センサを示す概略平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view showing a force sensor according to the present embodiment using the basic structure of FIG. 22. 図28の[29]−[29]線断面図である。It is sectional drawing of [29]-[29] of FIG. 28. 図28の力覚センサに対して力及びモーメントが作用したときに各容量素子に生じる静電容量値の変動を示す図表である。It is a figure which shows the fluctuation of the capacitance value which occurs in each capacitance element when the force and the moment act on the force sensor of FIG. 28. 図28に示す力覚センサ301cにおける、各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントの他軸感度を一覧で示す図表である。It is a chart which shows the other axis sensitivity of the force in each axial direction and the moment around each axis in the force sensor 301c shown in FIG. 28 in a list. 本発明の第4の実施の形態による力覚センサに採用される基本構造を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the basic structure adopted for the force sensor by the 4th Embodiment of this invention. 受力体にXYZ三次元座標系の各軸方向の力及び各軸方向のモーメントが作用したときの、図32の基本構造の各検出点と固定体との離間距離の増減を一覧で示す図表である。A chart showing a list of increases and decreases in the distance between each detection point and the fixed body of the basic structure of FIG. 32 when a force in each axial direction and a moment in each axial direction are applied to the receiving body in the XYZ three-dimensional coordinate system. Is. 本発明の第4の実施の形態による力覚センサを示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the force sensor by the 4th Embodiment of this invention. 図34の力覚センサに対して力及びモーメントが作用したときに各容量素子に生じる静電容量値の変動を示す図表である。It is a figure which shows the fluctuation of the capacitance value which occurs in each capacitance element when the force and the moment act on the force sensor of FIG. 34. 受力体にXYZ三次元座標系の各軸方向の力及び各軸方向のモーメントが作用したときに、各容量素子に生じる静電容量値の変動を示す図表である。It is a figure which shows the fluctuation of the capacitance value which occurs in each capacitive element when the force in each axial direction and the moment in each axial direction are applied to a receiving body. 図36に示す各静電容量値の変動に基づいて算出した、図34の力覚センサの他軸感度を一覧で示す図表である。It is a chart which shows the other axis sensitivity of the force sensor of FIG. 34 calculated based on the fluctuation of each capacitance value shown in FIG. 36 in a list. 図37に示す他軸感度に対応する行列の逆行列を示す図表である。It is a figure which shows the inverse matrix of the matrix corresponding to the other axis sensitivity shown in FIG. 37. 図4の変形例による変形体を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the deformed body by the modification of FIG. 図4の更なる変形例による変形体を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the deformed body by the further modification of FIG. 図1の変形例による力覚センサと、この力覚センサが取り付けられる取付対象物と、による組合せ体を示す概略断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the combination of the force sensor by the modification of FIG. 1 and the attachment object to which this force sensor is attached. 図41に示す力覚センサのセンサ側凸部を示す概略底面図である。It is a schematic bottom view which shows the sensor side convex part of the force sensor shown in FIG. 41. 力覚センサの取付凸部の他の例を示す概略低面図であり、環状の経路に沿って連続的に設けられた取付凸部を示している。It is a schematic low-view view showing another example of the mounting convex portion of the force sensor, and shows the mounting convex portion continuously provided along an annular path. 力覚センサの取付凸部の他の例を示す概略低面図であり、環状の経路に沿って断続的に設けられた取付凸部を示している。It is a schematic low-view view showing another example of the mounting convex portion of the force sensor, and shows the mounting convex portion intermittently provided along an annular path. 図1の変形例による力覚センサと、この力覚センサが取り付けられる取付対象物と、による他の組合せ体を示す概略断面図である。It is schematic cross-sectional view which shows the other combination with the force sensor by the modification of FIG. 1 and the attachment object to which this force sensor is attached. 変形体の製造方法の一例を説明するための図であり、受力部側湾曲部及び固定部側湾曲部が形成される前の第2変形部を示す概略側面図である。It is a figure for demonstrating an example of the manufacturing method of a deformed body, and is the schematic side view which shows the 2nd deformed part before the receiving part side curved part and the fixed part side curved part are formed. 変形体の製造方法の一例を説明するための図であり、受力部側湾曲部及び固定部側湾曲部が形成された後の第2変形部を示す概略側面図である。It is a figure for demonstrating an example of the manufacturing method of a deformed body, and is the schematic side view which shows the 2nd deformed part after the receiving part side curved part and the fixed part side curved part are formed. 図1の基本構造の変形例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the modification of the basic structure of FIG. 図48の[49]−[49]線断面図である。It is sectional drawing of [49]-[49] of FIG. 48. 図1の基本構造の更なる変形例を示す概略断面図である。It is schematic cross-sectional view which shows the further modification example of the basic structure of FIG.

<<< §1. 本発明の第1の実施の形態による力覚センサ >>>
以下に、添付の図面を参照して、本発明の第1の実施の形態による力覚センサについて詳細に説明する。
<<< §1. Force sensor according to the first embodiment of the present invention >>>
Hereinafter, the force sensor according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

< 1−1. 基本構造 >
図1は、本発明の第1の実施の形態による力覚センサの基本構造1を示す概略斜視図であり、図2は、図1の基本構造1を示す概略平面図であり、図3は、図2の[3]−[3]線断面図である。図2においては、左右方向にX軸が、上下方向にY軸が、奥行き方向にZ軸(不図示)が、それぞれ定められている。本明細書では、図1に示すように、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶこととする。また、モーメントの方向に関し、X軸正まわりとは、右ねじをX軸正方向に前進させるために当該右ねじを回転させる回転方向を意味し、X軸負まわりとは、その逆の回転方向を意味することとする。このようなモーメントの方向の規定の仕方は、Y軸まわり及びZ軸まわりについても、同様とする。
<1-1. Basic structure >
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a basic structure 1 of a force sensor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view showing the basic structure 1 of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic plan view. , FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line [3]-[3] of FIG. In FIG. 2, the X-axis is defined in the left-right direction, the Y-axis is defined in the vertical direction, and the Z-axis (not shown) is defined in the depth direction. In the present specification, as shown in FIG. 1, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction. Regarding the direction of the moment, the X-axis positive rotation means the rotation direction in which the right-hand screw is rotated in order to advance the right-hand screw in the X-axis positive direction, and the X-axis negative rotation is the opposite rotation direction. To mean. The method of defining the direction of such a moment is the same for the Y-axis circumference and the Z-axis circumference.

図1〜図3に示すように、基本構造1は、XY平面と平行な上面を有する円盤状の固定体10と、力及び/またはモーメントの作用を受けることにより固定体10に対して相対移動する円盤状の受力体20と、固定体10及び受力体20に接続され、固定体10に対する受力体20の相対移動によって弾性変形を生じる円環状の変形体40と、を備えている。固定体10、受力体20及び変形体40は、互いに同心であり、同一の外径を有していて良い。なお、図2では、変形体40を明確に図示するため、受力体20の図示を省略してある。 As shown in FIGS. 1 to 3, the basic structure 1 moves relative to the disk-shaped fixed body 10 having an upper surface parallel to the XY plane and the fixed body 10 by being affected by a force and / or a moment. A disk-shaped receiving body 20 and an annular deformed body 40 connected to the fixed body 10 and the receiving body 20 and elastically deformed by the relative movement of the receiving body 20 with respect to the fixed body 10 are provided. .. The fixed body 10, the receiving body 20, and the deformed body 40 may be concentric with each other and have the same outer diameter. In addition, in FIG. 2, in order to clearly show the deformed body 40, the drawing of the receiving body 20 is omitted.

本実施の形態による基本構造1は、変形体40と固定体10との間に形成されている間隙の所定位置に容量素子を配置し、この容量素子に所定の検出回路50を接続することにより、力覚センサとして機能することになる。検出回路50は、容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力及び/またはモーメントを計測するためのものである。容量素子の具体的な配置態様、及び、作用した力ないしモーメントを計測する具体的な方法は、後述される。 In the basic structure 1 according to the present embodiment, a capacitive element is arranged at a predetermined position in a gap formed between the deformed body 40 and the fixed body 10, and a predetermined detection circuit 50 is connected to the capacitive element. , Will function as a force sensor. The detection circuit 50 is for measuring the acting force and / or moment based on the amount of fluctuation of the capacitance value of the capacitive element. A specific arrangement mode of the capacitive element and a specific method for measuring the acting force or moment will be described later.

図1及び図2に示すように、変形体40は、XYZ三次元座標系の原点Oを中心とし、XY平面と平行に配置されている。ここでは、図3に示すように、変形体40のZ軸方向の厚みの半分の位置にXY平面が存在していることとする。変形体40の材質としては、例えば金属が採用され得る。 As shown in FIGS. 1 and 2, the deformed body 40 is arranged parallel to the XY plane with the origin O of the XYZ three-dimensional coordinate system as the center. Here, as shown in FIG. 3, it is assumed that the XY plane exists at a position half the thickness of the deformed body 40 in the Z-axis direction. As the material of the deformed body 40, for example, metal can be adopted.

図2に示すように、変形体40は、正のX軸上に位置する第1固定部41と、負のX軸上に位置する第2固定部42と、正のY軸上に位置する第1受力部43と、負のY軸上に位置する第2受力部44と、を有している。後述されるように、各固定部41、42及び各受力部43、44は、変形体40のうち固定体10及び受力体20が接続される領域であって、変形体40の他の領域と異なる特性を有する部位ではない。したがって、各固定部41、42及び各受力部43、44の材質は、変形体40の他の領域と同一である。但し、説明の便宜上、各固定部41、42及び各受力部43、44は、変形体40の他の領域とは異なる記号で図示してある。 As shown in FIG. 2, the deformed body 40 is located on the positive Y-axis with the first fixed portion 41 located on the positive X-axis and the second fixed portion 42 located on the negative X-axis. It has a first receiving unit 43 and a second receiving unit 44 located on the negative Y-axis. As will be described later, each of the fixed portions 41, 42 and each of the receiving portions 43, 44 is a region of the deformed body 40 to which the fixed body 10 and the receiving body 20 are connected, and is another region of the deformed body 40. It is not a site that has different characteristics from the region. Therefore, the materials of the fixed portions 41, 42 and the receiving portions 43, 44 are the same as those of the other regions of the deformed body 40. However, for convenience of explanation, the fixed portions 41, 42 and the receiving portions 43, 44 are illustrated with symbols different from those of the other regions of the deformed body 40.

更に、図2に示すように、変形体40は、第1固定部41と第1受力部43との間(XY平面の第1象限I)に位置する第1変形部45と、第1受力部43と第2固定部42との間(XY平面の第2象限II)に位置する第2変形部46と、第2固定部42と第2受力部44との間(XY平面の第3象限III)に位置する第3変形部47と、第2受力部44と第1固定部41との間(XY平面の第4象限IV)に位置する第4変形部48と、を有している。各変形部45〜48の両端は、閉ループ状の経路に沿って隣接する固定部41、42及び受力部43、44にそれぞれ一体的に連結されている。このような構造によって、受力部43、44に作用した力ないしモーメントが確実に各変形部45〜48に伝達され、これによって、当該作用した力ないしモーメントに応じた弾性変形が各変形部45〜48に生じるようになっている。 Further, as shown in FIG. 2, the deformed body 40 has a first deformed portion 45 and a first deformed portion 45 located between the first fixed portion 41 and the first receiving portion 43 (first quadrant I of the XY plane). A second deformed portion 46 located between the receiving portion 43 and the second fixed portion 42 (second quadrant II of the XY plane) and between the second fixed portion 42 and the second receiving portion 44 (XY plane). A third deformed portion 47 located in the third quadrant III) of the above, and a fourth deformed portion 48 located between the second receiving portion 44 and the first fixed portion 41 (fourth quadrant IV of the XY plane). have. Both ends of the deformed portions 45 to 48 are integrally connected to the fixed portions 41 and 42 and the receiving portions 43 and 44, which are adjacent to each other along a closed loop-shaped path. With such a structure, the force or moment acting on the receiving force 43, 44 is surely transmitted to the deformed portions 45 to 48, whereby the elastic deformation corresponding to the applied force or moment is transmitted to each deformed portion 45. It is supposed to occur in ~ 48.

図1及び図3に示すように、基本構造1は、固定体10と変形体40とを接続する第1接続部材31及び第2接続部材32と、受力体20と変形体40とを接続する第3接続部材33及び第4接続部材34と、を更に有している。第1接続部材31は、第1固定部41の下面(図3における下方の面)と固定体10の上面とを互いに接続し、第2接続部材32は、第2固定部42の下面と固定体10の上面とを互いに接続している。第3接続部材33は、第1受力部43の上面(図3における上方の面)と受力体20の下面とを互いに接続し、第4接続部材34は、第2受力部44の上面と受力体20の下面とを互いに接続している。各接続部材31〜34は、実質的に剛体とみなせる程度の剛性を有している。このため、受力体20に作用した力ないしモーメントは、効果的に各変形部45〜48に弾性変形を生じさせることになる。 As shown in FIGS. 1 and 3, the basic structure 1 connects the first connecting member 31 and the second connecting member 32 that connect the fixed body 10 and the deformed body 40, and the receiving body 20 and the deformed body 40. It further has a third connecting member 33 and a fourth connecting member 34. The first connecting member 31 connects the lower surface of the first fixing portion 41 (lower surface in FIG. 3) and the upper surface of the fixed body 10 to each other, and the second connecting member 32 is fixed to the lower surface of the second fixing portion 42. The upper surface of the body 10 is connected to each other. The third connecting member 33 connects the upper surface of the first receiving portion 43 (upper surface in FIG. 3) and the lower surface of the receiving body 20 to each other, and the fourth connecting member 34 is the second receiving portion 44. The upper surface and the lower surface of the receiving body 20 are connected to each other. Each of the connecting members 31 to 34 has a rigidity that can be regarded as a substantially rigid body. Therefore, the force or moment acting on the receiving body 20 effectively causes elastic deformation in each of the deformed portions 45 to 48.

次に、図4を参照して、変形体40の各変形部45〜48について詳細に説明する。 各変形部45〜48は、互いに同一の構造を有しているため、ここでは、第2変形部46のみについて説明を行うこととする。 Next, with reference to FIG. 4, each of the deformed portions 45 to 48 of the deformed body 40 will be described in detail. Since each of the deformed portions 45 to 48 has the same structure as each other, only the second deformed portion 46 will be described here.

図4は、図3の一点鎖線で示された矩形領域Rの拡大図であり、第2変形部46を示している。第2変形部46は、Z軸負方向(図4における下方向)に湾曲した主湾曲面46paを有する主湾曲部46pと、主湾曲部46pと固定部42とを接続し、Z軸正方向に湾曲した固定部側湾曲面46faを有する固定部側湾曲部46fと、主湾曲部46pと受力部43とを接続し、Z軸方向に湾曲した受力部側湾曲面46maを有する受力部側湾曲部46mと、を有している。図4に示すように、主湾曲面46paと、固定部側湾曲面46fa及び受力部側湾曲面46maとは、共に、第2変形部46のZ軸負側の面を構成している。本実施の形態では、主湾曲面46paは、Z軸負方向に向かって湾曲しているのに対し、固定部側湾曲面46fa及び受力部側湾曲面46maは、Z軸正方向に向かって湾曲している。 FIG. 4 is an enlarged view of the rectangular region R shown by the alternate long and short dash line in FIG. 3, and shows the second modified portion 46. The second deformed portion 46 connects the main curved portion 46p having the main curved surface 46pa curved in the negative direction of the Z axis (downward in FIG. 4), the main curved portion 46p, and the fixed portion 42, and connects the main curved portion 46p and the fixed portion 42 in the positive direction of the Z axis. A receiving force having a fixed portion-side curved surface 46fa curved in the Z-axis direction, connecting the main curved portion 46p and the receiving portion 43, and having a receiving portion-side curved surface 46ma curved in the Z-axis direction. It has a portion-side curved portion 46 m. As shown in FIG. 4, the main curved surface 46pa, the fixed portion side curved surface 46fa, and the receiving portion side curved surface 46ma both form a Z-axis negative side surface of the second deformed portion 46. In the present embodiment, the main curved surface 46pa is curved in the negative direction of the Z axis, whereas the curved surface 46fa on the fixed portion side and the curved surface 46ma on the receiving portion side are curved in the positive direction of the Z axis. It is curved.

より具体的には、図4に示すように、第2変形部46のZ軸正側の面46uは、点O1を中心とする半径r1の円弧に沿った湾曲面であり、第2変形部46の主湾曲面46paは、点O2を中心とする半径r2の円弧に沿った湾曲面である。これらの湾曲面46u、46paは、共にZ軸負側に向かって湾曲している。また、固定部側湾曲面46faは、点O3を中心とする半径r3の円弧に沿った湾曲面であり、受力部側湾曲面46maは、点O4を中心とする半径r4の円弧に沿った湾曲面である。これらの湾曲面46fa、46maは、Z軸正側に向かって湾曲している。図示される例では、点O1、O2及び第2計測部位A2は、Z軸と平行な直線上に配置されており、r1=r2且つr3=r4という関係が成立している。もちろん、必ずしもこのような関係を満たしている必要は無い。また、各湾曲面46u、46pa、46maは、真円の円弧に沿った形状に限られず、例えば楕円や長円の円弧に沿った形状を有していても良い。このことは、後述する他の実施の形態及び変形例においても同様である。 More specifically, as shown in FIG. 4, the surface 46u on the Z-axis positive side of the second deformed portion 46 is a curved surface along an arc having a radius r1 centered on the point O1, and the second deformed portion 46. The main curved surface 46pa of 46 is a curved surface along an arc having a radius r2 centered on the point O2. Both of these curved surfaces 46u and 46pa are curved toward the negative side of the Z axis. The curved surface 46fa on the fixed portion side is a curved surface along an arc with a radius r3 centered on the point O3, and the curved surface 46ma on the receiving portion side is along an arc with a radius r4 centered on the point O4. It is a curved surface. These curved surfaces 46fa and 46ma are curved toward the positive side of the Z axis. In the illustrated example, the points O1 and O2 and the second measurement site A2 are arranged on a straight line parallel to the Z axis, and the relationship of r1 = r2 and r3 = r4 is established. Of course, it is not always necessary to satisfy such a relationship. Further, each of the curved surfaces 46u, 46pa, and 46ma is not limited to the shape along the arc of a perfect circle, and may have a shape along the arc of an ellipse or an oval, for example. This also applies to other embodiments and modifications described later.

更に、図4に示すように、第2変形部46では、固定部側変曲点Bf2を介して固定部側湾曲部46fと主湾曲部46pとが滑らかに接続されており、更に、受力部側変曲点Bm2を介して受力部側湾曲部46mと主湾曲部46pとが滑らかに接続されている。 Further, as shown in FIG. 4, in the second deformed portion 46, the fixed portion side curved portion 46f and the main curved portion 46p are smoothly connected via the fixed portion side inflection point Bf2, and further, the receiving force is received. The receiving portion side bending portion 46m and the main bending portion 46p are smoothly connected via the inflection point Bm2 on the portion side.

一方、図4に示すように、第2変形部46のZ軸正側の面(図4における上面)は、Z軸負方向にのみ湾曲した湾曲面によって構成されている。この湾曲面は、本実施の形態では一定の曲率半径を有している。 On the other hand, as shown in FIG. 4, the surface of the second deformed portion 46 on the positive side of the Z axis (upper surface in FIG. 4) is formed by a curved surface curved only in the negative direction of the Z axis. This curved surface has a constant radius of curvature in the present embodiment.

以上のような構成により、第2変形部46は、閉ループ状の経路に沿って観察したときに、第2固定部42から第1受力部43に至る経路の中央が、最もZ軸負側に位置している。そして、図4に示すように、当該最も負側に位置している部位には、第2変形部46に生じる弾性変形を検出するための第2計測部位A2が規定されている。したがって、第2変形部46は、閉ループ状の経路に沿って観察したときに、第2計測部位A2に関して対称的に構成されている。 With the above configuration, when the second deformed portion 46 is observed along the closed loop path, the center of the path from the second fixed portion 42 to the first receiving portion 43 is the most negative side of the Z axis. Is located in. Then, as shown in FIG. 4, a second measurement portion A2 for detecting the elastic deformation occurring in the second deformation portion 46 is defined in the portion located on the most negative side. Therefore, the second deformed portion 46 is symmetrically configured with respect to the second measurement site A2 when observed along the closed loop path.

更に、図示されてはいないが、第1、第3及び第4変形部45、47、48も、第2変形部46と同様に構成されている。すなわち、第1、第3及び第4変形部45、47、48は、上述したような曲率を有する固定部側湾曲部及び受力部側湾曲部と、これらに挟まれた主湾曲部と、を有している。各変形部45、47、48には、閉ループ状の経路に沿って観察したときに、最もZ軸負側に位置するそれぞれの部位に、第1、第3及び第4計測部位がそれぞれ規定されている。結局、図2に示すように、XY平面上に、原点Oを通りX軸およびY軸に対して45°をなすV軸およびW軸を定義すると、第1変形部45は、正のV軸に関して対称であり、第2変形部46は、正のW軸に関して対称であり、第3変形部47は、負のV軸に関して対称であり、第4変形部48は、負のW軸に関して対称である。そして、各変形部46〜48の第1〜第4計測部位A1〜A4が、Z軸方向から見て、正のV軸、正のW軸、負のV軸及び負のV軸上に各1つずつ位置している。 Further, although not shown, the first, third, and fourth deformed portions 45, 47, and 48 are also configured in the same manner as the second deformed portion 46. That is, the first, third, and fourth deformed portions 45, 47, and 48 include a fixed portion-side curved portion and a receiving portion-side curved portion having the curvature as described above, and a main curved portion sandwiched between them. have. The first, third, and fourth measurement sites are defined in the deformed portions 45, 47, and 48, respectively, in the respective portions located on the most negative side of the Z axis when observed along the closed loop path. ing. After all, as shown in FIG. 2, when the V-axis and the W-axis passing through the origin O and forming 45 ° with respect to the X-axis and the Y-axis are defined on the XY plane, the first deformed portion 45 has a positive V-axis. The second deformed portion 46 is symmetric with respect to the positive W axis, the third deformed portion 47 is symmetric with respect to the negative V axis, and the fourth deformed portion 48 is symmetric with respect to the negative W axis. Is. Then, the first to fourth measurement sites A1 to A4 of the deformed portions 46 to 48 are on the positive V-axis, the positive W-axis, the negative V-axis, and the negative V-axis when viewed from the Z-axis direction. They are located one by one.

< 1−2. 基本構造の作用 >
次に、このような基本構造1の作用について説明する。
<1-2. Action of basic structure >
Next, the operation of such a basic structure 1 will be described.

(1−2−1. 基本構造1にX軸まわりのモーメントMxが作用した場合)
図5は、図1の基本構造1に対してX軸正まわりのモーメント+Mxが作用したときに、各変形部45〜48に生じる弾性変形を説明するための概略平面図である。また、図6は、図5の概略断面図である。図6(a)は、図5の[6a]−[6a]線断面図であり、図6(b)は、図5の[6b]−[6b]線断面図である。なお、図5及び図6において、黒塗りの太い矢印は、作用する力またはモーメントを示しており、白抜きの太い矢印は、計測部位A1〜A4の変位の方向を示している。このことは、他の図においても同様である。
(1-2-1. When the moment Mx around the X axis acts on the basic structure 1)
FIG. 5 is a schematic plan view for explaining the elastic deformation that occurs in each of the deformed portions 45 to 48 when the moment + Mx around the X-axis is applied to the basic structure 1 of FIG. Further, FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of FIG. 6 (a) is a sectional view taken along line [6a]-[6a] of FIG. 5, and FIG. 6 (b) is a sectional view taken along line [6b]-[6b] of FIG. In FIGS. 5 and 6, the thick black arrows indicate the acting force or moment, and the thick white arrows indicate the directions of displacement of the measurement sites A1 to A4. This also applies to other figures.

図5に示すように、受力体20(図1及び図3参照)を介して基本構造1にX軸正まわりのモーメント+Mxが作用すると、変形体40の第1受力部43に対してZ軸正方向(図6(a)における上方向)の力が作用し、第2受力部44に対してZ軸負方向(図6(b)における下方向)の力が作用する。図5において、第1受力部43に付されている、黒点を丸で囲んだ記号は、Z軸負方向からZ軸正方向に向かって力が作用することを示しており、第2受力部44に付されている、×印を丸で囲んだ記号は、Z軸正方向からZ軸負方向に向かって力が作用することを示している。これらの記号の意味は、図7、図9及び図11においても同様である。 As shown in FIG. 5, when a moment + Mx around the X-axis is applied to the basic structure 1 via the receiving body 20 (see FIGS. 1 and 3), the first receiving portion 43 of the deformed body 40 is affected. A force in the Z-axis positive direction (upward in FIG. 6A) acts, and a force in the Z-axis negative direction (downward in FIG. 6B) acts on the second receiving portion 44. In FIG. 5, the symbol attached to the first receiving portion 43 and circled with a black dot indicates that the force acts from the negative direction of the Z axis to the positive direction of the Z axis, and the second receiving portion 43. The symbol with a cross circle attached to the force portion 44 indicates that the force acts from the positive direction of the Z axis to the negative direction of the Z axis. The meanings of these symbols are the same in FIGS. 7, 9 and 11.

このとき、図6(a)及び図6(b)に示すように、第1〜第4変形部45〜48には次のような弾性変形が生じる。すなわち、第1受力部43に作用するZ軸正方向の力によって当該第1受力部43が上方に移動するため、第1変形部45及び第2変形部46のうち第1受力部43に連結されている端部が上方に移動させられる。これにより、図6(a)に示すように、第1変形部45及び第2変形部46は、第1及び第2固定部41、42に連結されている端部を除き、全体的に上方に移動する。すなわち、第1計測部位A1及び第2計測部位A2は、共に上方に移動する。他方、第2受力部44に作用するZ軸負方向の力によって当該第2受力部44が下方に移動するため、第3変形部47及び第4変形部48のうち第2受力部44に連結されている端部が下方に移動させられる。これにより、図6(b)に示すように、第3変形部47及び第4変形部48は、第1及び第2固定部41、42に連結されている端部を除き、全体的に下方に移動する。すなわち、第3計測部位A3及び第4計測部位A4は、共に下方に移動する。 At this time, as shown in FIGS. 6A and 6B, the following elastic deformations occur in the first to fourth deformed portions 45 to 48. That is, since the first receiving portion 43 moves upward by the force acting on the first receiving portion 43 in the positive direction of the Z axis, the first receiving portion of the first deformed portion 45 and the second deformed portion 46 The end connected to 43 is moved upward. As a result, as shown in FIG. 6A, the first deformed portion 45 and the second deformed portion 46 are generally upward except for the ends connected to the first and second fixed portions 41 and 42. Move to. That is, the first measurement site A1 and the second measurement site A2 both move upward. On the other hand, since the second receiving portion 44 moves downward due to the force acting on the second receiving portion 44 in the negative direction of the Z axis, the second receiving portion of the third deformed portion 47 and the fourth deformed portion 48 The end connected to 44 is moved downward. As a result, as shown in FIG. 6B, the third deformed portion 47 and the fourth deformed portion 48 are generally downward except for the ends connected to the first and second fixed portions 41 and 42. Move to. That is, the third measurement site A3 and the fourth measurement site A4 both move downward.

このような移動は、図5においては、各計測部位A1〜A4の位置に、丸で囲んだ「+」または「−」の記号を付して表されている。すなわち、黒点を丸で囲んだ記号が付された計測部位は、変形部の弾性変形によってZ軸正方向に変位し、×印を丸で囲んだ記号が付された計測部位は、変形部の弾性変形によってZ軸負方向に変位する。このことは、図7、図9及び図11においても同様である。 Such movement is represented in FIG. 5 by adding a circled “+” or “−” symbol to each of the measurement sites A1 to A4. That is, the measurement part marked with the black dot circled is displaced in the positive direction of the Z axis due to the elastic deformation of the deformed part, and the measurement part marked with the cross circled is the deformed part. It is displaced in the negative direction of the Z axis due to elastic deformation. This also applies to FIGS. 7, 9 and 11.

結局、基本構造1の受力体20に対してX軸正まわりのモーメント+Mxが作用すると、第1及び第2計測部位A1、A2と固定体10(図3参照)の上面との離間距離は、共に増大し、第3及び第4計測部位A3、A4と固定体10の上面との離間距離は、共に減少する。 After all, when the moment + Mx around the X-axis forward acts on the receiving body 20 of the basic structure 1, the separation distance between the first and second measurement sites A1 and A2 and the upper surface of the fixed body 10 (see FIG. 3) is increased. , Both increase, and the distance between the third and fourth measurement sites A3, A4 and the upper surface of the fixed body 10 decreases together.

図示されていないが、基本構造1の受力体20にX軸負まわりのモーメント−Mxが作用した場合には、各計測部位A1〜A4の移動方向は、上述した方向とは逆になる。すなわち、X軸負まわりのモーメント−Mxの作用によって、第1及び第2計測部位A1、A2と固定体10(図2参照)の上面との離間距離は、共に減少し、第3及び第4計測部位A3、A4と固定体10の上面との離間距離は、共に増大する。 Although not shown, when the moment-Mx around the negative axis of the X axis acts on the receiving body 20 of the basic structure 1, the moving direction of each of the measurement sites A1 to A4 is opposite to the above-described direction. That is, the distance between the first and second measurement sites A1 and A2 and the upper surface of the fixed body 10 (see FIG. 2) is reduced by the action of the moment −Mx around the negative axis of the X axis, and the third and fourth measurement sites are reduced. The distance between the measurement sites A3 and A4 and the upper surface of the fixed body 10 increases together.

(1−2−2. 基本構造1にY軸まわりのモーメントMyが作用した場合)
図7は、図1の基本構造1に対してY軸正まわりのモーメント+Myが作用したときに、各変形部45〜48に生じる弾性変形を説明するための概略平面図である。また、図8は、図7の概略断面図である。図8(a)は、図7の[8a]−[8a]線断面図であり、図8(b)は、図7の[8b]−[8b]線断面図である。
(1-2-2. When a moment My around the Y axis acts on the basic structure 1)
FIG. 7 is a schematic plan view for explaining the elastic deformation that occurs in each of the deformed portions 45 to 48 when the moment + My in the normal direction of the Y axis acts on the basic structure 1 of FIG. Further, FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of FIG. 7. 8 (a) is a sectional view taken along line [8a]-[8a] of FIG. 7, and FIG. 8 (b) is a sectional view taken along line [8b]-[8b] of FIG.

図7及び図8に示すように、受力体20(図1及び図3参照)を介して基本構造1に対してY軸正まわりのモーメント+Myが作用すると、変形体40の第1及び第2受力部43、44のX軸負側の領域にはZ軸正方向の力が作用し、第1及び第2受力部43、44のX軸正側の領域にはZ軸負方向の力が作用する。 As shown in FIGS. 7 and 8, when a moment + My in the positive direction of the Y axis acts on the basic structure 1 via the receiving body 20 (see FIGS. 1 and 3), the first and first deformed bodies 40 2 A force in the positive direction of the Z axis acts on the region on the negative side of the X axis of the receiving portions 43 and 44, and the negative direction of the Z axis acts on the region on the positive side of the X axis of the first and second receiving portions 43 and 44. The force of

このとき、図8(a)及び図8(b)に示すように、第1〜第4変形部45〜48には次のような弾性変形が生じる。すなわち、第1受力部43のX軸正側(図8(a)における右側)に作用するZ軸負方向の力によって当該X軸正側の領域が下方に移動するため、第1変形部45のうち第1受力部43に連結されている端部が下方に移動させられる。これにより、図8(a)に示すように、第1変形部45は、第1固定部41に連結されている端部を除き、全体的に下方に移動する。すなわち、第1計測部位A1は、下方に移動する。他方、第1受力部43のX軸負側(図8(a)における左側)に作用するZ軸正方向の力によって当該X軸負側の領域が上方に移動するため、第2変形部46のうち第1受力部43に連結されている端部が上方に移動する。これにより、図8(a)に示すように、第2変形部46は、第2固定部42に連結されている端部を除き、全体的に上方に移動する。すなわち、第2計測部位A2は、上方に移動する。 At this time, as shown in FIGS. 8A and 8B, the following elastic deformations occur in the first to fourth deformed portions 45 to 48. That is, the region on the positive side of the X-axis moves downward due to the force in the negative direction of the Z-axis acting on the positive side of the X-axis (the right side in FIG. 8A) of the first receiving portion 43, so that the first deformed portion Of the 45, the end connected to the first receiving portion 43 is moved downward. As a result, as shown in FIG. 8A, the first deformed portion 45 moves downward as a whole except for the end portion connected to the first fixed portion 41. That is, the first measurement site A1 moves downward. On the other hand, since the region on the negative side of the X-axis moves upward due to the force in the positive direction of the Z-axis acting on the negative side of the X-axis of the first receiving portion 43 (the left side in FIG. 8A), the second deformed portion Of the 46, the end connected to the first receiving portion 43 moves upward. As a result, as shown in FIG. 8A, the second deformed portion 46 moves upward as a whole except for the end portion connected to the second fixed portion 42. That is, the second measurement site A2 moves upward.

また、図8(b)に示すように、第2受力部44のX軸負側(図8(b)における右側)に作用するZ軸正方向の力によって当該X軸負側の領域が上方に移動するため、第3変形部47のうち第2受力部44に連結されている端部が上方に移動させられる。これにより、図8(b)に示すように、第3変形部47は、第2固定部42に連結されている端部を除き、全体的に上方に移動する。すなわち、第3計測部位A3は、上方に移動する。 Further, as shown in FIG. 8B, the region on the negative side of the X-axis is caused by the force in the positive direction of the Z-axis acting on the negative side of the X-axis of the second receiving portion 44 (the right side in FIG. 8B). In order to move upward, the end portion of the third deformed portion 47 connected to the second receiving portion 44 is moved upward. As a result, as shown in FIG. 8B, the third deformed portion 47 moves upward as a whole except for the end portion connected to the second fixed portion 42. That is, the third measurement site A3 moves upward.

他方、図8(b)に示すように、第2受力部44のX軸正側(図8(b)における左側)に作用するZ軸負方向の力によって当該X軸正側の領域が下方に移動するため、第4変形部48のうち第2受力部44に連結されている端部が下方に移動させられる。これにより、図8(b)に示すように、第4変形部48は、第1固定部41に連結されている端部を除き、全体的に下方に移動する。すなわち、第4計測部位A4は、下方に移動する。 On the other hand, as shown in FIG. 8B, the region on the positive side of the X-axis is caused by the force in the negative direction of the Z-axis acting on the positive side of the X-axis of the second receiving portion 44 (the left side in FIG. 8B). Since it moves downward, the end portion of the fourth deformed portion 48 connected to the second receiving portion 44 is moved downward. As a result, as shown in FIG. 8B, the fourth deformed portion 48 moves downward as a whole except for the end portion connected to the first fixed portion 41. That is, the fourth measurement site A4 moves downward.

結局、基本構造1の受力体20に対してY軸正まわりのモーメント+Myが作用すると、第1及び第4計測部位A1、A4と固定体10(図3参照)の上面との離間距離は、共に減少し、第2及び第3計測部位A2、A3と固定体10の上面との離間距離は、共に増大する。 After all, when the moment + My in the normal direction of the Y axis acts on the receiving body 20 of the basic structure 1, the separation distance between the first and fourth measurement sites A1 and A4 and the upper surface of the fixed body 10 (see FIG. 3) is increased. , Both decrease, and the distance between the second and third measurement sites A2, A3 and the upper surface of the fixed body 10 increases together.

図示されていないが、基本構造1の受力体20にY軸負まわりのモーメント−Myが作用した場合には、各計測部位A1〜A4の移動方向は、上述した方向とは逆になる。すなわち、Y軸負まわりのモーメント−Myの作用によって、第1及び第4計測部位A1、A4と固定体10(図3参照)の上面との離間距離は、共に増大し、第2及び第3計測部位A2、A3と固定体10の上面との離間距離は、共に減少する。 Although not shown, when the moment-My around the negative axis of the Y axis acts on the receiving body 20 of the basic structure 1, the moving directions of the measurement sites A1 to A4 are opposite to the above-described directions. That is, the distance between the first and fourth measurement sites A1 and A4 and the upper surface of the fixed body 10 (see FIG. 3) is increased by the action of the moment-My around the negative Y-axis, and the second and third measurement sites are both increased. The distance between the measurement sites A2 and A3 and the upper surface of the fixed body 10 is reduced.

(1−2−3. 基本構造1にZ軸まわりのモーメントMzが作用した場合)
図9は、図1の基本構造1に対してZ軸正まわりのモーメント+Mzが作用したときに、各変形部45〜48に生じる弾性変形を説明するための概略平面図である。また、図10は、図9の概略断面図である。図10(a)は、図9の[10a]−[10a]線断面図であり、図10(b)は、図9の[10b]−[10b]線断面図である。
(1-2-3. When a moment Mz around the Z axis acts on the basic structure 1)
FIG. 9 is a schematic plan view for explaining the elastic deformation that occurs in each of the deformed portions 45 to 48 when the moment + Mz in the normal direction of the Z axis acts on the basic structure 1 of FIG. Further, FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of FIG. 10 (a) is a sectional view taken along line [10a]-[10a] of FIG. 9, and FIG. 10 (b) is a sectional view taken along line [10b]-[10b] of FIG.

図9に示すように、受力体20(図1及び図3参照)を介して基本構造1に対してZ軸正まわりのモーメント+Mzが作用すると、変形体40の第1受力部43に対してX軸負方向(図9における左方向)の力が作用し、第2受力部44に対してX軸正方向(図9における右方向)の力が作用する。 As shown in FIG. 9, when a moment + Mz in the positive direction of the Z axis acts on the basic structure 1 via the receiving body 20 (see FIGS. 1 and 3), the first receiving portion 43 of the deformed body 40 is affected. On the other hand, a force in the negative direction of the X axis (left direction in FIG. 9) acts, and a force in the positive direction of the X axis (right direction in FIG. 9) acts on the second receiving portion 44.

このとき、図10(a)及び図10(b)に示すように、第1〜第4変形部45〜48には次のような弾性変形が生じる。すなわち、第1受力部43に作用するX軸負方向の力によって当該第1受力部43がX軸負方向に移動するため、第1変形部45には、X軸方向に沿った引張力が作用する。これにより、第1主湾曲部45pは、その両端部のZ座標値を維持したまま曲率半径が大きくなるように弾性変形する。すなわち、第1計測部位A1は、上方に移動する。他方、第1受力部43がX軸負方向に移動することにより、第2変形部46には、X軸方向に沿った圧縮力が作用する。これにより、第2主湾曲部46pは、その両端部のZ座標値を維持したまま曲率半径が小さくなるように弾性変形する。すなわち、第2計測部位A2は、下方に移動する。 At this time, as shown in FIGS. 10A and 10B, the following elastic deformations occur in the first to fourth deformed portions 45 to 48. That is, since the first receiving portion 43 moves in the negative direction of the X axis due to the force acting on the first receiving portion 43 in the negative direction of the X axis, the first deformed portion 45 is pulled along the X axis direction. Force acts. As a result, the first main bending portion 45p is elastically deformed so that the radius of curvature becomes large while maintaining the Z coordinate values of both ends thereof. That is, the first measurement site A1 moves upward. On the other hand, when the first receiving portion 43 moves in the negative direction of the X-axis, a compressive force along the X-axis direction acts on the second deformed portion 46. As a result, the second main bending portion 46p is elastically deformed so that the radius of curvature becomes smaller while maintaining the Z coordinate values of both ends thereof. That is, the second measurement site A2 moves downward.

また第2受力部44に作用するX軸正方向の力によって当該第2受力部44がX軸正方向に移動するため、第3変形部47には、X軸方向に沿った引張力が作用する。これにより、第3主湾曲部47pは、その両端部のZ座標値を維持したまま曲率半径が大きくなるように弾性変形する。すなわち、第3計測部位A3は、上方に移動する。他方、第2受力部44がX軸正方向に移動することにより、第4変形部48には、X軸方向に沿った圧縮力が作用する。これにより、第4主湾曲部48pは、その両端部のZ座標値を維持したまま曲率半径が小さくなるように弾性変形する。すなわち、第4計測部位A4は、下方に移動する。 Further, since the second receiving portion 44 moves in the X-axis positive direction by the force acting on the second receiving portion 44 in the X-axis positive direction, the third deformed portion 47 has a tensile force along the X-axis direction. Works. As a result, the third main bending portion 47p is elastically deformed so that the radius of curvature becomes large while maintaining the Z coordinate values of both ends thereof. That is, the third measurement site A3 moves upward. On the other hand, when the second receiving portion 44 moves in the positive direction of the X-axis, a compressive force along the X-axis direction acts on the fourth deformed portion 48. As a result, the fourth main bending portion 48p is elastically deformed so that the radius of curvature becomes smaller while maintaining the Z coordinate values of both ends thereof. That is, the fourth measurement site A4 moves downward.

結局、基本構造1の受力体20に対してZ軸正まわりのモーメント+Mzが作用すると、第1及び第3計測部位A1、A3と固定体10の上面との離間距離は、共に増大し、第2及び第4計測部位A2、A4と固定体10(図2参照)の上面との離間距離は、共に減少する。 After all, when the moment + Mz around the Z-axis forward acts on the receiving body 20 of the basic structure 1, the separation distance between the first and third measurement sites A1 and A3 and the upper surface of the fixed body 10 increases together. The distance between the second and fourth measurement sites A2 and A4 and the upper surface of the fixed body 10 (see FIG. 2) is reduced.

図示されていないが、基本構造1の受力体20にZ軸負まわりのモーメント−Mzが作用した場合には、各計測部位A1〜A4の移動方向は、上述した方向とは逆になる。すなわち、Z軸負まわりのモーメント−Mzの作用によって、第1及び第3計測部位A1、A3と固定体10の上面との離間距離は、共に減少し、第2及び第4計測部位A2、A4と固定体10(図2参照)の上面との離間距離は、共に増大する。 Although not shown, when a moment −Mz around the negative axis of the Z axis acts on the receiving body 20 of the basic structure 1, the moving direction of each of the measurement sites A1 to A4 is opposite to the above-described direction. That is, the distance between the first and third measurement sites A1 and A3 and the upper surface of the fixed body 10 is reduced by the action of the moment −Mz around the negative axis of the Z axis, and the second and fourth measurement sites A2 and A4 are both reduced. The distance between the fixed body 10 and the upper surface of the fixed body 10 (see FIG. 2) increases.

(1−2−4. 基本構造1にZ方向の力Fzが作用した場合)
次に、図11は、図1の基本構造1に対してZ軸正方向の力+Fzが作用したときに、各変形部45〜48に生じる弾性変形を説明するための概略平面図である。また、図12は、図11の概略断面図である。図12(a)は、図11の[12a]−[12a]線断面図であり、図12(b)は、図11の[12b]−[12b]線断面図である。
(1-2-4. When a force Fz in the Z direction acts on the basic structure 1)
Next, FIG. 11 is a schematic plan view for explaining the elastic deformation that occurs in each of the deformed portions 45 to 48 when a force + Fz in the positive direction of the Z axis acts on the basic structure 1 of FIG. Further, FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of FIG. 12 (a) is a cross-sectional view taken along the line [12a]-[12a] of FIG. 11, and FIG. 12 (b) is a cross-sectional view taken along the line [12b]-[12b] of FIG.

図11及び図12に示すように、受力体20(図1及び図3参照)を介して基本構造1に対してZ軸正方向の力+Fzが作用すると、変形体40の第1及び第2受力部43、44にはZ軸正方向の力が作用する。 As shown in FIGS. 11 and 12, when a force + Fz in the positive direction of the Z axis acts on the basic structure 1 via the receiving body 20 (see FIGS. 1 and 3), the first and first deformed bodies 40 2 A force in the positive direction of the Z axis acts on the receiving portions 43 and 44.

このとき、図12(a)及び図12(b)に示すように、第1〜第4各変形部45〜48には次のような弾性変形が生じる。すなわち、第1及び第2受力部43、44に作用するZ軸正方向の力によって各受力部43、44が上方に移動するため、各変形部45〜48のうち第1及び第2受力部43、44に連結されている各端部が上方に移動させられる。これにより、図11(a)及び図11(b)に示すように、各計測部位A1〜A4は、上方に移動する。 At this time, as shown in FIGS. 12A and 12B, the following elastic deformations occur in the first to fourth deformed portions 45 to 48. That is, since each of the receiving portions 43 and 44 moves upward by the force in the positive direction of the Z axis acting on the first and second receiving portions 43 and 44, the first and second of the deformed portions 45 to 48 Each end connected to the receiving portions 43 and 44 is moved upward. As a result, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the measurement sites A1 to A4 move upward.

結局、基本構造1の受力体20に対してZ軸正方向の力+Fzが作用すると、第1〜第4計測部位A1〜A4と固定体10(図2参照)の上面との離間距離は、全て増大する。 After all, when a force + Fz in the positive direction of the Z axis acts on the receiving body 20 of the basic structure 1, the separation distance between the first to fourth measurement sites A1 to A4 and the upper surface of the fixed body 10 (see FIG. 2) is increased. , All increase.

図示されていないが、基本構造1の受力体20にZ軸負方向の力−Fzが作用した場合には、各計測部位A1〜A4の移動方向は、上述した方向とは逆になる。すなわち、Z軸負方向の力−Fzの作用によって、第1〜第4計測部位A1〜A4と固定体10(図2参照)の上面との離間距離は、全て減少する。 Although not shown, when a force −Fz in the negative Z-axis direction acts on the receiving body 20 of the basic structure 1, the moving direction of each of the measurement sites A1 to A4 is opposite to the above-described direction. That is, the distance between the first to fourth measurement sites A1 to A4 and the upper surface of the fixed body 10 (see FIG. 2) is all reduced by the action of the force −Fz in the negative direction of the Z axis.

< 1−3. 容量素子型の力覚センサ >
(1−3−1. 力覚センサの構成)
§1−1.及び§1−2.において詳述した基本構造1は、容量素子型の力覚センサ1cとして好適に使用することができる。ここでは、このような力覚センサ1cについて、以下詳細に説明する。
<1-3. Capacitive element type force sensor >
(1-3-1. Configuration of force sensor)
§1-1. And §1-2. The basic structure 1 described in detail in the above can be suitably used as a capacitive element type force sensor 1c. Here, such a force sensor 1c will be described in detail below.

図13は、図1の基本構造1を利用した力覚センサ1cを示す概略平面図であり、図14は、図13の[14]−[14]線断面図である。なお、図14では、変形体40を明確に図示するため、受力体20の図示を省略してある。 FIG. 13 is a schematic plan view showing a force sensor 1c using the basic structure 1 of FIG. 1, and FIG. 14 is a sectional view taken along line [14]-[14] of FIG. In FIG. 14, in order to clearly show the deformed body 40, the drawing of the receiving body 20 is omitted.

図13及び図14に示すように、力覚センサ1cは、図1の基本構造1の計測部位A1〜A4に、各1つの容量素子C1〜C4が配置されることにより、構成されている。具体的には、図14に示すように、力覚センサ1cは、第1計測部位A1に配置された第1変位電極Em1と、第1変位電極Em1に対向して配置され、固定体10に対して相対移動しない第1固定電極Ef1と、を有している。これらの電極Em1、Ef1は、第1容量素子C1を構成している。更に、図14に示すように、力覚センサ1cは、第2計測部位A2に配置された第2変位電極Em2と、第2変位電極Em2に対向して配置され、固定体10に対して相対移動しない第2固定電極Ef2と、を有している。これらの電極Em2、Ef2は、第2容量素子C2を構成している。 As shown in FIGS. 13 and 14, the force sensor 1c is configured by arranging one capacitive element C1 to C4 at each of the measurement sites A1 to A4 of the basic structure 1 of FIG. Specifically, as shown in FIG. 14, the force sensor 1c is arranged on the fixed body 10 so as to face the first displacement electrode Em1 arranged at the first measurement site A1 and the first displacement electrode Em1. It has a first fixed electrode Ef1 that does not move relative to each other. These electrodes Em1 and Ef1 constitute the first capacitance element C1. Further, as shown in FIG. 14, the force sensor 1c is arranged to face the second displacement electrode Em2 and the second displacement electrode Em2 arranged at the second measurement site A2, and is relative to the fixed body 10. It has a second fixed electrode Ef2 that does not move. These electrodes Em2 and Ef2 constitute a second capacitance element C2.

図示されていないが、力覚センサ1cは、第3計測部位A3に配置された第3変位電極Em3と、第3変位電極Em3に対向して配置され、固定体10に対して相対移動しない第3固定電極Ef3と、第4計測部位A4に配置された第4変位電極Em4と、第4変位電極Em4に対向して配置され、固定体10に対して相対移動しない第4固定電極Ef4と、を有している。電極Em3及び電極Ef3は、第3容量素子C3を構成しており、電極Em4及び電極Ef4は、第4容量素子C4を構成している。 Although not shown, the force sensor 1c is arranged so as to face the third displacement electrode Em3 arranged at the third measurement site A3 and the third displacement electrode Em3, and does not move relative to the fixed body 10. 3 Fixed electrode Ef3, 4th displacement electrode Em4 arranged at the 4th measurement site A4, 4th fixed electrode Ef4 arranged facing the 4th displacement electrode Em4 and not moving relative to the fixed body 10. have. The electrode Em3 and the electrode Ef3 constitute the third capacitance element C3, and the electrode Em4 and the electrode Ef4 constitute the fourth capacitance element C4.

具体的には、図14に示すように、各変位電極Em1〜Em4は、対応する計測部位A1〜A4に支持された第1〜第4変形体側支持体61〜64の下面に、第1〜第4変位基板Im1〜Im4を介して支持されている。更に、各固定電極Ef1〜Ef4は、固定体10の上面に固定された第1〜第4固定体側支持体71〜74の上面に、第1〜第4固定基板If1〜If4を介して支持されている。各変位電極Em1〜Em4は、全て同一の面積であり、各固定電極Ef1〜Ef4も、全て同一の面積である。但し、力及び/またはモーメントの作用によって各容量素子C1〜C4の実効対向面積が一定の値を維持するようにするための工夫として、変位電極Em1〜Em4の電極面積は、固定電極Ef1〜Ef4の電極面積よりも大きく構成されている。この点については、後に詳述される。初期状態において、容量素子C1〜C4を構成する各組の電極の実効対向面積及び離間距離は、全て同一である。 Specifically, as shown in FIG. 14, the displacement electrodes Em1 to Em4 are placed on the lower surfaces of the first to fourth deformed body side supports 61 to 64 supported by the corresponding measurement sites A1 to A4, from the first to the first. It is supported via the fourth displacement substrates Im1 to Im4. Further, the fixed electrodes Ef1 to Ef4 are supported on the upper surfaces of the first to fourth fixed body side supports 71 to 74 fixed to the upper surface of the fixed body 10 via the first to fourth fixed substrates If1 to If4. ing. The displacement electrodes Em1 to Em4 all have the same area, and the fixed electrodes Ef1 to Ef4 also have the same area. However, as a device for maintaining a constant value of the effective facing areas of the capacitive elements C1 to C4 by the action of a force and / or a moment, the electrode areas of the displacement electrodes Em1 to Em4 are set to the fixed electrodes Ef1 to Ef4. It is configured to be larger than the electrode area of. This point will be described in detail later. In the initial state, the effective facing areas and separation distances of the electrodes of each set constituting the capacitive elements C1 to C4 are all the same.

更に、図13及び図14に示すように、力覚センサ1cは、変形体40の各変形部45〜48に生じる弾性変形に基づいて、受力体20に作用した力及びモーメントを示す電気信号を出力する検出回路50を有している。図13及び図14では、各容量素子C1〜C4と検出回路50とを電気的に接続する配線は、図示が省略されている。 Further, as shown in FIGS. 13 and 14, the force sensor 1c is an electric signal indicating a force and a moment acting on the receiving body 20 based on the elastic deformation generated in each of the deformed portions 45 to 48 of the deformed body 40. It has a detection circuit 50 that outputs. In FIGS. 13 and 14, the wiring for electrically connecting the capacitance elements C1 to C4 and the detection circuit 50 is not shown.

なお、固定体10、受力体20及び変形体40が金属などの導電材料で構成されている場合、各電極がショートしないように、第1〜第4変位基板Im1〜Im4及び第1〜第4固定基板If1〜If4は、絶縁体で構成される必要がある。 When the fixed body 10, the receiving body 20 and the deformed body 40 are made of a conductive material such as metal, the first to fourth displacement substrates Im1 to Im4 and the first to first ones are prevented so that the electrodes are not short-circuited. 4 The fixed substrates If1 to If4 need to be composed of an insulator.

(1−3−2. 力覚センサ1cにX軸まわりのモーメントMxが作用したときの、各容量素子の静電容量値の変動について)
次に、図14は、図13の力覚センサ1cに対して、力及びモーメントが作用した時に各容量素子C1〜C4に生じる静電容量値の変動を示す図表である。
(1-3-2. Fluctuation of capacitance value of each capacitive element when moment Mx around the X axis acts on the force sensor 1c)
Next, FIG. 14 is a chart showing fluctuations in capacitance values that occur in the capacitance elements C1 to C4 when a force and a moment are applied to the force sensor 1c of FIG.

まず、本実施の形態による力覚センサ1cに対して、X軸正まわりのモーメント+Mxが作用すると、§1−2−1にて説明した各計測部位A1〜A4の挙動から理解されるように、第1容量素子C1及び第2容量素子C2を構成する電極間の離間距離が、共に増大する。このため、第1容量素子C1及び第2容量素子C2の静電容量値は、共に減少する。他方、第3容量素子C3及び第4容量素子C4を構成する電極間の離間距離は、共に減少する。このため、第3容量素子C3及び第4容量素子C4の静電容量値は、共に増大する。各容量素子C1〜C4の静電容量値の変動は、図15の「Mx」の欄に纏めて示されている。この図表において、「+」は、静電容量値が増大することを示しており、「−」は、静電容量値が減少することを示している。なお、力覚センサ1cにX軸負まわりのモーメント−Mxが作用すると、各容量素子C1〜C4の静電容量値の変動は、上述した変動とは逆になる(図15のMxの欄に示す符号が全て逆になる)。 First, when the moment + Mx around the X-axis acts on the force sensor 1c according to the present embodiment, it is understood from the behavior of each measurement part A1 to A4 described in §1-2-1. , The separation distance between the electrodes constituting the first capacitance element C1 and the second capacitance element C2 both increases. Therefore, the capacitance values of the first capacitance element C1 and the second capacitance element C2 both decrease. On the other hand, the separation distance between the electrodes constituting the third capacitance element C3 and the fourth capacitance element C4 both decreases. Therefore, the capacitance values of the third capacitance element C3 and the fourth capacitance element C4 both increase. The fluctuations in the capacitance values of the capacitance elements C1 to C4 are collectively shown in the column of "Mx" in FIG. In this chart, "+" indicates that the capacitance value increases, and "-" indicates that the capacitance value decreases. When the moment-Mx around the negative axis of the X axis acts on the force sensor 1c, the fluctuation of the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C4 is opposite to the above-mentioned fluctuation (in the column of Mx in FIG. 15). All the symbols shown are reversed).

(1−3−3. 力覚センサ1cにY軸まわりのモーメントMyが作用したときの、各容量素子の静電容量値の変動について)
次に、本実施の形態による力覚センサ1cに対して、Y軸正まわりのモーメント+Myが作用すると、§1−2−2にて説明した各計測部位A1〜A4の挙動から理解されるように、第1容量素子C1及び第4容量素子C4を構成する電極間の離間距離が、共に減少する。このため、第1容量素子C1及び第4容量素子C4の静電容量値は、共に増大する。他方、第2容量素子C2及び第3容量素子C3を構成する電極間の離間距離は、共に増大する。このため、第2容量素子C2及び第3容量素子C3の静電容量値は、共に減少する。各容量素子C1〜C4の静電容量値の変動は、図15の「My」の欄に纏めて示されている。なお、力覚センサ1cにY軸負まわりのモーメント−Myが作用すると、各容量素子C1〜C4の静電容量値の変動は、上述した変動とは逆になる(図15のMyの欄に示す符号が全て逆になる)。
(1-3-3. Fluctuation of capacitance value of each capacitance element when moment My around Y axis acts on force sensor 1c)
Next, when the moment + My around the Y-axis positively acts on the force sensor 1c according to the present embodiment, it can be understood from the behavior of each measurement part A1 to A4 described in §1-2-2. In addition, the separation distance between the electrodes constituting the first capacitance element C1 and the fourth capacitance element C4 is reduced. Therefore, the capacitance values of the first capacitance element C1 and the fourth capacitance element C4 both increase. On the other hand, the separation distance between the electrodes constituting the second capacitance element C2 and the third capacitance element C3 both increases. Therefore, the capacitance values of the second capacitance element C2 and the third capacitance element C3 both decrease. The fluctuations in the capacitance values of the capacitance elements C1 to C4 are collectively shown in the column of "My" in FIG. When a moment-My around the negative axis of the Y axis acts on the force sensor 1c, the fluctuation of the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C4 is opposite to the above-mentioned fluctuation (in the column of My in FIG. 15). All the symbols shown are reversed).

(1−3−4. 力覚センサ1cにZ軸まわりのモーメントMzが作用したときの、各容量素子の静電容量値の変動について)
次に、本実施の形態による力覚センサ1cに対して、Z軸正まわりのモーメント+Mzが作用すると、§1−2−3にて説明した各計測部位A1〜A4の挙動から理解されるように、第1容量素子C1及び第3容量素子C3を構成する電極間の離間距離は、共に増大する。このため、第1容量素子C1及び第3容量素子C3の静電容量値は、共に減少する。他方、第2容量素子C2及び第4容量素子C4を構成する電極間の離間距離は、共に減少する。このため、第2容量素子C2及び第4容量素子C4の静電容量値は、共に増大する。各容量素子C1〜C4の静電容量値の変動は、図15の「Mz」の欄に纏めて示されている。なお、力覚センサ1cにZ軸負まわりのモーメント−Mzが作用すると、各容量素子C1〜C4の静電容量値の変動は、上述した変動とは逆になる(図15のMzの欄に示す符号が全て逆になる)。
(1-3-4. Fluctuation of capacitance value of each capacitive element when moment Mz around Z axis acts on force sensor 1c)
Next, when the moment + Mz around the Z-axis positively acts on the force sensor 1c according to the present embodiment, it can be understood from the behavior of each measurement site A1 to A4 described in §1-2-3. In addition, the separation distance between the electrodes constituting the first capacitance element C1 and the third capacitance element C3 both increases. Therefore, the capacitance values of the first capacitance element C1 and the third capacitance element C3 both decrease. On the other hand, the separation distance between the electrodes constituting the second capacitance element C2 and the fourth capacitance element C4 both decreases. Therefore, the capacitance values of the second capacitance element C2 and the fourth capacitance element C4 both increase. The fluctuations in the capacitance values of the capacitance elements C1 to C4 are collectively shown in the column of "Mz" in FIG. When a moment −Mz around the negative axis of the Z axis acts on the force sensor 1c, the fluctuation of the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C4 is opposite to the above-mentioned fluctuation (in the column of Mz in FIG. 15). All the symbols shown are reversed).

(1−3−5. 力覚センサ1cにZ軸方向の力Fzが作用したときの、各容量素子の静電容量値の変動について)
次に、本実施の形態による力覚センサ1cに対して、Z軸正方向の力+Fzが作用すると、§1−2−4にて説明した各計測部位A1〜A4の挙動から理解されるように、各容量素子C1〜C4を構成する電極間の離間距離は、全て増大する。このため、容量素子C1〜C4の静電容量値は、全て減少する。各容量素子C1〜C4の静電容量値の変動は、図15の「Fz」の欄に纏めて示されている。なお、力覚センサ1cにZ軸負方向の力−Fzが作用すると、各容量素子C1〜C4の静電容量値の変動は、上述した変動とは逆になる(図15のFzの欄に示す符号が全て逆になる)。
(1-3-5. Fluctuation of capacitance value of each capacitive element when force Fz in the Z-axis direction acts on the force sensor 1c)
Next, when a force + Fz in the positive direction of the Z axis acts on the force sensor 1c according to the present embodiment, it can be understood from the behavior of each measurement site A1 to A4 described in §1-2-4. In addition, the separation distance between the electrodes constituting the capacitive elements C1 to C4 is all increased. Therefore, the capacitance values of the capacitive elements C1 to C4 are all reduced. The fluctuations in the capacitance values of the capacitance elements C1 to C4 are collectively shown in the column of "Fz" in FIG. When a force −Fz in the negative direction of the Z axis acts on the force sensor 1c, the fluctuation of the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C4 is opposite to the above-mentioned fluctuation (in the column of Fz in FIG. 15). All the symbols shown are reversed).

(1−3−6. 作用した力及びモーメントの算出方法)
以上のような容量素子C1〜C4の静電容量値の変動に鑑み、検出回路50は、次の[式1]を用いて力覚センサ1cに作用したモーメントMx、My、Mz及び力Fzを算出する。[式1]において、C1〜C4は、第1〜第4容量素子C1〜C4の静電容量値の変動量を示している。
[式1]
Mx=−C1−C2+C3+C4
My=C1−C2−C3+C4
Mz=−C1+C2−C3+C4
Fz=−(C1+C2+C3+C4)
(1-3-6. Calculation method of applied force and moment)
In view of the fluctuation of the capacitance value of the capacitance elements C1 to C4 as described above, the detection circuit 50 uses the following [Equation 1] to generate the moments Mx, My, Mz and the force Fz acting on the force sensor 1c. calculate. In [Equation 1], C1 to C4 indicate the amount of fluctuation in the capacitance value of the first to fourth capacitance elements C1 to C4.
[Equation 1]
Mx = -C1-C2 + C3 + C4
My = C1-C2-C3 + C4
Mz = -C1 + C2-C3 + C4
Fz =-(C1 + C2 + C3 + C4)

なお、力覚センサ1cに作用した力及びモーメントが負方向である場合には、左辺のMx、My、Mz及びFzを−Mx、−My、−Mz及び−Fzにすれば良い。但し、この場合、右辺のC1〜C4の符号も逆になるため、結局、作用した力及びモーメントの正負によらず、[式1]により作用した力及びモーメントが計測される。 When the force and moment acting on the force sensor 1c are in the negative direction, Mx, My, Mz and Fz on the left side may be set to -Mx, -My, -Mz and -Fz. However, in this case, since the signs of C1 to C4 on the right side are also reversed, the force and moment acted by [Equation 1] are measured regardless of the sign of the acting force and moment.

以上のような本実施の形態による力覚センサ1cによれば、主湾曲部45p〜48pとこれに隣接する固定部41、42及び受力部43、44との間に固定部側湾曲部45f〜48f及び受力部側湾曲部45m〜48mがそれぞれ介在することにより、主湾曲部45p〜48pとこれに隣接する固定部41、42及び受力部43、44との接続部分への応力集中を回避することができる。このため、本実施の形態によれば、高い信頼性を備えた静電容量タイプの力覚センサ1cが提供され得る。 According to the force sensor 1c according to the present embodiment as described above, the fixed portion side curved portion 45f is formed between the main curved portions 45p to 48p and the fixed portions 41, 42 and the receiving portions 43, 44 adjacent thereto. By interposing ~ 48f and the receiving portion side bending portions 45m to 48m, respectively, stress concentration on the connecting portion between the main bending portions 45p to 48p and the fixing portions 41, 42 and the receiving portions 43, 44 adjacent thereto. Can be avoided. Therefore, according to the present embodiment, a capacitance type force sensor 1c having high reliability can be provided.

また、力覚センサ1cは、XYZ三次元座標系に対して固定された固定体10と、力及び/またはモーメントの作用によって、固定部41、42に対して相対移動する受力体20と、を更に備えており、変形体40の固定部41、42は、固定体10に接続され、変形体40の受力部43、44は、受力体20に接続されている。このため、変形体40に対して力及びモーメントを作用させることが容易である。 Further, the force sensor 1c includes a fixed body 10 fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system, and a receiving body 20 that moves relative to the fixed portions 41 and 42 by the action of a force and / or a moment. The fixed portions 41 and 42 of the deformed body 40 are connected to the fixed body 10, and the receiving portions 43 and 44 of the deformed body 40 are connected to the receiving body 20. Therefore, it is easy to apply a force and a moment to the deformed body 40.

また、固定体10及び受力体20には、Z軸が挿通する貫通孔がそれぞれ形成されているため、力覚センサ1cを軽量化することができると共に、当該力覚センサ1cの設置の自由度を高めることもできる。 Further, since the fixed body 10 and the force receiving body 20 are formed with through holes through which the Z axis is inserted, the force sensor 1c can be reduced in weight and the force sensor 1c can be freely installed. You can also increase the degree.

本実施の形態による力覚センサ1cでは、XY平面上に原点Oを通りX軸およびY軸に対して45°をなすV軸およびW軸を定義した場合に、4組の容量素子C1〜C4が、Z軸方向から見てV軸及びW軸に重なる4つの部位に1つずつ配置されている。したがって、容量素子C1〜C4がX軸及びY軸に関して対称的に配置されているため、高い対称性をもって各容量素子C1〜C4の静電容量値が変動することになる。このため、容量素子C1〜C4の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力及びモーメントを極めて容易に計測することができる。 In the force sensor 1c according to the present embodiment, when the V-axis and the W-axis that pass through the origin O and form 45 ° with respect to the X-axis and the Y-axis are defined on the XY plane, four sets of capacitive elements C1 to C4 are defined. Are arranged one by one at four portions overlapping the V-axis and the W-axis when viewed from the Z-axis direction. Therefore, since the capacitance elements C1 to C4 are arranged symmetrically with respect to the X-axis and the Y-axis, the capacitance values of the capacitance elements C1 to C4 fluctuate with high symmetry. Therefore, the acting force and moment can be measured extremely easily based on the fluctuation amount of the capacitance value of the capacitance elements C1 to C4.

以上の説明においては、4つの容量素子C1〜C4は、個別の固定基板If1〜If4及び個別の固定電極Ef1〜Ef4を有していた。しかしながら、他の実施の形態においては、固定基板を4つの容量素子で共通となるように構成し、その固定基板上に個別の固定電極を設けても良い。あるいは、固定基板及び固定電極を4つの容量素子で共通となるように構成しても良い。これらのような構成によっても、前述した力覚センサ1cと同様にして、力及びモーメントを計測することができる。なお、これらの構成は、後述される各実施の形態でも成り立つ。 In the above description, the four capacitive elements C1 to C4 have separate fixed substrates If1 to If4 and individual fixed electrodes Ef1 to Ef4. However, in other embodiments, the fixed substrate may be configured to be common to the four capacitive elements, and individual fixed electrodes may be provided on the fixed substrate. Alternatively, the fixed substrate and the fixed electrode may be configured to be common to the four capacitive elements. With such a configuration, the force and the moment can be measured in the same manner as the force sensor 1c described above. It should be noted that these configurations also hold in each of the embodiments described later.

また、力覚センサ1cは、変形体40の断面形状が変更されることにより、作用する力及びモーメントに対する感度が変化する。具体的には、次の通りである。すなわち、本実施の形態では、変形体40の径方向の断面形状が正方形であった(図3参照)が、この断面形状を、Z軸方向に長い縦長の長方形にすると、X、Y軸まわりのモーメントMx、My及びZ軸方向の力Fzに対する感度が、Z軸まわりのモーメントMzに対する感度よりも相対的に低くなる。その一方、変形体40の断面形状を、当該変形体40の径方向に長い横長の長方形にすると、先の場合とは逆に、X、Y軸まわりのモーメントMx、My及びZ軸方向の力Fzに対する感度が、Z軸まわりのモーメントMzに対する感度よりも相対的に高くなる。 Further, the force sensor 1c changes its sensitivity to the acting force and moment by changing the cross-sectional shape of the deformed body 40. Specifically, it is as follows. That is, in the present embodiment, the cross-sectional shape of the deformed body 40 in the radial direction is square (see FIG. 3), but if this cross-sectional shape is made into a vertically long rectangle long in the Z-axis direction, it is around the X and Y axes. The sensitivity to the moments Mx, My and the force Fz in the Z-axis direction is relatively lower than the sensitivity to the moment Mz around the Z-axis. On the other hand, if the cross-sectional shape of the deformed body 40 is a horizontally long rectangle that is long in the radial direction of the deformed body 40, the moments around the X and Y axes Mx, My and the forces in the Z axis direction are opposite to the previous case. The sensitivity to Fz is relatively higher than the sensitivity to the moment Mz around the Z axis.

あるいは、力覚センサ1cは、主湾曲部45p〜48pの曲率半径(湾曲の度合い)が変更されることによっても、作用する力及びモーメントに対する感度が変化する。具体的には、主湾曲部45p〜48pの曲率半径を小さくすると(湾曲の度合いを大きくすると)、作用する力及びモーメントに対する感度が高くなる。その一方、主湾曲部45p〜48pの曲率半径を大きくすると(湾曲の度合いを小さくすると)、作用する力及びモーメントに対する感度が低くなる。 Alternatively, the force sensor 1c is also sensitive to the acting force and moment by changing the radius of curvature (degree of curvature) of the main bending portions 45p to 48p. Specifically, when the radius of curvature of the main curved portions 45p to 48p is reduced (the degree of curvature is increased), the sensitivity to the acting force and moment increases. On the other hand, if the radius of curvature of the main curved portions 45p to 48p is increased (the degree of curvature is decreased), the sensitivity to the acting force and moment decreases.

以上のような変形体40の断面形状及び主湾曲部45p〜48pの曲率半径と、力及びモーメントに対する感度と、の関係を考慮することにより、力覚センサ1cの感度を使用環境に対して最適化することができる。もちろん、以上の説明は、後述される各実施の形態でも成り立つ。 By considering the relationship between the cross-sectional shape of the deformed body 40, the radius of curvature of the main curved portions 45p to 48p, and the sensitivity to forces and moments, the sensitivity of the force sensor 1c is optimized for the usage environment. Can be transformed into. Of course, the above description also holds for each embodiment described later.

<<< §2. 本発明の第2の実施の形態による力覚センサ >>>
次に、本発明の第2の実施の形態による力覚センサ201cについて説明する。
<<< §2. Force sensor according to the second embodiment of the present invention >>>
Next, the force sensor 201c according to the second embodiment of the present invention will be described.

図16は、本発明の第2の実施の形態による力覚センサ201cの基本構造201を示す概略平面図であり、図17は、図16の[17]−[17]線断面図である。 FIG. 16 is a schematic plan view showing the basic structure 201 of the force sensor 201c according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a sectional view taken along line [17]-[17] of FIG.

図16及び17に示すように、基本構造201は、固定体210及び受力体220の構造が第1の実施の形態による力覚センサ1cの基本構造1とは異なっている。具体的には、基本構造201の固定体210及び受力体220は、共に円環(円筒)の形状を有している。そして、図16及び図17に示すように、Z軸方向から見て、固定体210は変形体40の内側に配置されており、受力体220は、変形体40の外側に配置されている。固定体210、受力体220及び変形体40は、それらの中心軸線がいずれもZ軸と重なっており、互いに同心となっている。もちろん、固定体210が変形体40の外側に配置され、受力体220が、変形体40の内側に配置されていても良い。 As shown in FIGS. 16 and 17, the structure of the fixed body 210 and the receiving body 220 of the basic structure 201 is different from the basic structure 1 of the force sensor 1c according to the first embodiment. Specifically, both the fixed body 210 and the receiving body 220 of the basic structure 201 have an annular (cylindrical) shape. Then, as shown in FIGS. 16 and 17, the fixed body 210 is arranged inside the deformed body 40 and the receiving body 220 is arranged outside the deformed body 40 when viewed from the Z-axis direction. .. The central axes of the fixed body 210, the receiving body 220, and the deformed body 40 all overlap with the Z axis and are concentric with each other. Of course, the fixed body 210 may be arranged outside the deformed body 40, and the receiving body 220 may be arranged inside the deformed body 40.

図17に示すように、受力体220は、Z軸負方向(下方)を向いた受力体表面220aを有している。また、固定体210は、Z軸負方向(下方)を向いた固定体表面210aを有している。受力体表面220a及び固定体表面210aは、共にXY平面と平行な面である。更に、変形体40は、受力体表面220aと同じ下方を向いた変形体表面40aを有している。本実施の形態では、図17に示すように、受力体表面220aZ座標と、固定体表面210aのZ座標と、変形体表面40aのZ座標と、が互いに異なっている。より具体的には、固定体表面210aのZ座標は、変形体表面40aのZ座標よりも小さく、変形体表面40aのZ座標は、受力体表面220aのZ座標よりも小さい。ここで、変形体表面40aのZ座標とは、変形体表面40aのうちZ座標の絶対値が最も大きい座標をいうものとする。したがって、本実施の形態の変形体表面40aのZ座標は、計測部位A1〜A4のZ座標ということになる。なお、他の実施の形態では、受力体表面220aZの座標と、固定体表面210aのZ座標と、のうちの一方のみが、変形体表面40aのZ座標と異なっていても良い。 As shown in FIG. 17, the receiving body 220 has a receiving body surface 220a facing in the negative direction (downward) of the Z axis. Further, the fixed body 210 has a fixed body surface 210a facing in the negative direction (downward) of the Z axis. Both the receiving body surface 220a and the fixed body surface 210a are planes parallel to the XY plane. Further, the deformed body 40 has the same downward-facing deformed body surface 40a as the receiving body surface 220a. In the present embodiment, as shown in FIG. 17, the Z coordinate of the receiving body surface 220a, the Z coordinate of the fixed body surface 210a, and the Z coordinate of the deformed body surface 40a are different from each other. More specifically, the Z coordinate of the fixed body surface 210a is smaller than the Z coordinate of the deformed body surface 40a, and the Z coordinate of the deformed body surface 40a is smaller than the Z coordinate of the receiving body surface 220a. Here, the Z coordinate of the deformed body surface 40a means the coordinate having the largest absolute value of the Z coordinate among the deformed body surface 40a. Therefore, the Z coordinate of the deformed body surface 40a of the present embodiment is the Z coordinate of the measurement sites A1 to A4. In another embodiment, only one of the coordinates of the receiving body surface 220aZ and the Z coordinates of the fixed body surface 210a may be different from the Z coordinates of the deformed body surface 40a.

以上のような固定体210、受力体220及び変形体40の配置に伴って、第1〜第4接続部材231〜234の配置も、第1の実施の形態による力覚センサ1cとは異なっている。すなわち、図16及び図17に示すように、第1接続部材231は、正のX軸上にて、固定体210の外側面(X軸正方向に面する側面)と変形体40の内側面(X軸負方向に面する側面)とを接続している。他方、第2接続部材232は、負のX軸上にて、固定体210の外側面(X軸負方向に面する側面)と変形体40の内側面(X軸正方向に面する側面)とを接続している。更に、図16に示すように、正のY軸上において、受力体220の内側面(Y軸負方向に面する側面)と変形体40の外側面(Y軸正方向に面する側面)とが第3接続部材233によって接続されており、負のY軸上において、受力体220の内側面(Y軸正方向に面する側面)と変形体40の外側面(Y軸負方向に面する側面)とが第4接続部材234によって接続されている。その他の構成は第1の実施の形態による力覚センサ1cの基本構造1と同様である。このため、図面において、対応する構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 With the arrangement of the fixed body 210, the receiving body 220, and the deformed body 40 as described above, the arrangement of the first to fourth connecting members 231 to 234 is also different from the force sensor 1c according to the first embodiment. ing. That is, as shown in FIGS. 16 and 17, the first connecting member 231 has an outer surface of the fixed body 210 (a side surface facing the positive direction of the X axis) and an inner surface surface of the deformed body 40 on the positive X axis. (The side surface facing the negative direction of the X-axis) is connected. On the other hand, the second connecting member 232 has an outer surface of the fixed body 210 (a side surface facing the negative direction of the X axis) and an inner surface surface of the deformed body 40 (a side surface facing the positive direction of the X axis) on the negative X axis. Is connected to. Further, as shown in FIG. 16, on the positive Y-axis, the inner side surface of the receiving body 220 (the side surface facing the negative direction of the Y-axis) and the outer surface of the deformed body 40 (the side surface facing the positive direction of the Y-axis). Is connected by a third connecting member 233, and on the negative Y-axis, the inner side surface of the receiving body 220 (the side surface facing the positive direction of the Y-axis) and the outer surface of the deformed body 40 (in the negative direction of the Y-axis). The facing side surface) is connected by a fourth connecting member 234. Other configurations are the same as the basic structure 1 of the force sensor 1c according to the first embodiment. Therefore, in the drawings, the corresponding components are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図示されていないが、以上のような基本構造201に対して、第1の実施の形態による力覚センサ1cと同様の配置にて4つの容量素子が配置されることにより、力覚センサ201cが構成される。なお、図17には、固定電極を配置するための部材が示されていないが、力覚センサ201cが取り付けられる部位に適宜固定電極を配置しても良いし、あるいは固定体210に付加的な部材を固定し、この部材に固定電極を配置しても良い。 Although not shown, the force sensor 201c is formed by arranging four capacitive elements in the same arrangement as the force sensor 1c according to the first embodiment with respect to the basic structure 201 as described above. It is composed. Although the member for arranging the fixed electrode is not shown in FIG. 17, the fixed electrode may be appropriately arranged at the portion where the force sensor 201c is attached, or is additionally attached to the fixed body 210. A member may be fixed and a fixed electrode may be arranged on the member.

以上のような力覚センサ201cは、例えばロボットの関節など、互いに相対移動する第1部材及び第2部材から構成される機構部に好適に設置され得る。すなわち、第1部材に固定体210を連結し、第2部材に受力体220を連結すれば、限られたスペースに、他の部材と干渉しないような態様で、力覚センサ201cを配置することができる。 The force sensor 201c as described above can be suitably installed in a mechanical portion composed of a first member and a second member that move relative to each other, such as a joint of a robot. That is, if the fixed body 210 is connected to the first member and the force receiving body 220 is connected to the second member, the force sensor 201c is arranged in a limited space so as not to interfere with other members. be able to.

なお、力覚センサ201cに作用した力及びモーメントを計測するための方法は、第1の実施の形態による力覚センサ1cと同様であるため、ここでは、その詳細な説明は省略する。 Since the method for measuring the force and the moment acting on the force sensor 201c is the same as that of the force sensor 1c according to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted here.

以上のような基本構造201は、受力体220、変形体40及び固定体210が同心円状に、且つ、XY平面に沿って、配置されている。このため、基本構造201、202の各構成要素を切削加工によって一体的に成形することができる。このような加工により、ヒステリシスの無い力覚センサ201cを提供することができる。 In the basic structure 201 as described above, the receiving body 220, the deformed body 40, and the fixed body 210 are arranged concentrically and along the XY plane. Therefore, each component of the basic structures 201 and 202 can be integrally formed by cutting. By such processing, it is possible to provide a force sensor 201c without hysteresis.

<<< §3. §1及び§2の変形例 >>>
次に、図18及び図19を参照して、以上の各実施の形態による力覚センサ1c、201cに適用可能な変形体640の変形例について説明する。
<<< §3. Modifications of §1 and §2 >>>
Next, with reference to FIGS. 18 and 19, a modified example of the modified body 640 applicable to the force sensor 1c and 201c according to each of the above embodiments will be described.

図2に示す環状変形体40は、内周の輪郭および外周の輪郭がともに円形をなすドーナツ状の構造体であるが、本発明に用いる環状変形体は、必ずしも円形である必要はなく、楕円状、矩形状、三角形状など、任意形状の構造体であってもかまわない。要するに、閉ループ状の経路に沿った構造体であれば、どのような形状の環状変形体を用いてもかまわない。 The annular deformed body 40 shown in FIG. 2 is a donut-shaped structure in which both the inner peripheral contour and the outer peripheral contour are circular, but the annular deformed body used in the present invention does not necessarily have to be circular and is elliptical. It may be a structure having an arbitrary shape such as a shape, a rectangle shape, or a triangle shape. In short, any annular plasmodium having any shape may be used as long as it is a structure along a closed loop path.

図18は、矩形の変形体640を示す概略平面図である。また、図19は、図18の概略断面図であり、図19(a)は、図18の[19a]−[19a]線断面図であり、図19(b)は、図18の[19b]−[19b]線断面図である。 FIG. 18 is a schematic plan view showing a rectangular variant 640. 19A is a schematic cross-sectional view of FIG. 18, FIG. 19A is a sectional view taken along the line [19a]-[19a] of FIG. 18, and FIG. 19B is a sectional view taken along the line [19b] of FIG. ]-[19b] is a cross-sectional view taken along the line.

本変形例による変形体640は、全体として矩形の形状を有している。ここでは、図18に示すように、正方形の変形体640を例に挙げて説明する。変形体640は、正のX軸上に位置する第1固定部641と、負のX軸上に位置する第2固定部642と、正のY軸上に位置する第1受力部643と、負のY軸上に位置する第2受力部644と、を有している。各固定部641、642及び各受力部643、644は、変形体640のうち固定体10及び受力体20が接続される領域であって、変形体640の他の領域と異なる特性を有する部位ではない。したがって、各固定部641、642及び各受力部643、644の材質は、変形体640の他の領域と同一である。 The modified body 640 according to this modified example has a rectangular shape as a whole. Here, as shown in FIG. 18, a square variant 640 will be described as an example. The deformed body 640 includes a first fixed portion 641 located on the positive X-axis, a second fixed portion 642 located on the negative X-axis, and a first receiving portion 643 located on the positive Y-axis. It has a second receiving portion 644 located on the negative Y-axis. The fixed portions 641 and 642 and the receiving portions 643 and 644 are regions in the deformed body 640 to which the fixed body 10 and the receiving body 20 are connected, and have different characteristics from the other regions of the deformed body 640. Not a part. Therefore, the materials of the fixed portions 641 and 642 and the receiving portions 643 and 644 are the same as those of the other regions of the deformed body 640.

図18に示すように、変形体640は、更に、第1固定部641と第1受力部643との間(XY平面の第1象限)に位置する第1変形部645と、第1受力部643と第2固定部642との間(XY平面の第2象限)に位置する第2変形部646と、第2固定部642と第2受力部644との間(XY平面の第3象限)に位置する第3変形部647と、第2受力部644と第1固定部641との間(XY平面の第4象限)に位置する第4変形部648と、を有している。各変形部645〜648の両端は、隣接する固定部641、642及び受力部643、644にそれぞれ一体的に連結されている。このような構造によって、受力部43,44に作用した力及びモーメントが確実に各変形部645〜648に伝達され、これによって、当該作用した力及びモーメントに応じた弾性変形が各変形部645〜648に生じるようになっている。 As shown in FIG. 18, the deformed body 640 further includes a first deformed portion 645 located between the first fixed portion 641 and the first receiving portion 643 (first quadrant of the XY plane) and a first receiving portion. A second deformed portion 646 located between the force portion 643 and the second fixed portion 642 (the second quadrant of the XY plane) and between the second fixed portion 642 and the second receiving portion 644 (the second of the XY plane). It has a third deformed portion 647 located in (three quadrants) and a fourth deformed portion 648 located between the second receiving portion 644 and the first fixed portion 641 (fourth quadrant of the XY plane). There is. Both ends of each of the deformed portions 645 to 648 are integrally connected to the adjacent fixed portions 641 and 642 and the receiving portions 643 and 644, respectively. With such a structure, the force and moment acting on the receiving portions 43 and 44 are surely transmitted to each deforming portion 645 to 648, whereby the elastic deformation corresponding to the applied force and moment is transmitted to each deforming portion 645. It is supposed to occur at ~ 648.

図19に示すように、第1〜第4変形部645〜648は、Z軸方向から見て全て直線状に構成されている。また、原点Oから各固定部641、642及び各受力部643、644までの距離は全て等しいため、各変形部645〜648は、それぞれ、正方形の一辺を構成するように配置されている。 As shown in FIG. 19, the first to fourth deformed portions 645 to 648 are all formed in a straight line when viewed from the Z-axis direction. Further, since the distances from the origin O to the fixed portions 641 and 642 and the receiving portions 643 and 644 are all equal, the deformed portions 645 to 648 are arranged so as to form one side of the square.

更に、図19(a)及び図19(b)に示すように、変形体640の各変形部645〜648は、§1で説明した各変形部45〜48と同様の構造を有している。但し、本変形例の変形体640では、各変形部645〜648は、Z軸方向から見て円弧状ではなく直線状に構成されている。本変形例でも、第1変形部645が正のV軸に関して対称的に構成されているため、第1主湾曲部645pの最も下方(Z軸負方向)に位置する部位は、正のV軸上に存在している。 Further, as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), each of the deformed portions 645 to 648 of the deformed body 640 has a structure similar to that of the deformed portions 45 to 48 described in §1. .. However, in the modified body 640 of this modified example, each of the deformed portions 645 to 648 is formed in a linear shape instead of an arc shape when viewed from the Z-axis direction. In this modified example as well, since the first deformed portion 645 is symmetrically configured with respect to the positive V axis, the portion located at the lowermost position (Z-axis negative direction) of the first main curved portion 645p is the positive V axis. Exists on.

このような構成は、残りの3つの変形部646、647、648においても採用されている。すなわち、第2変形部646は、第2主湾曲部646pの最も下方に位置する部位が正のW軸上に存在しており、且つ、正のW軸に関して対称的な形状を有している。第3変形部647は、第3主湾曲部647pの最も下方に位置する部位が負のV軸上に存在しており、且つ、負のV軸に関して対称的な形状を有している。第4変形部648は、第4主湾曲部648pの最も下方に位置する部位が負のW軸上に存在しており、且つ、負のV軸に関して対称的な形状を有している。 Such a configuration is also adopted in the remaining three deformed portions 646, 647, and 648. That is, the second deformed portion 646 has a portion located at the lowermost position of the second main curved portion 646p on the positive W axis and has a symmetrical shape with respect to the positive W axis. .. The third deformed portion 647 has a portion located at the lowermost portion of the third main curved portion 647p on the negative V-axis and has a shape symmetrical with respect to the negative V-axis. The fourth deformed portion 648 has a portion located at the lowermost position of the fourth main curved portion 648p on the negative W axis and has a symmetrical shape with respect to the negative V axis.

図19(a)及び図19(b)に示すように、変形体640には、第1〜第4主湾曲部645p〜648pの最も下方に位置する部位に、すなわちZ軸方向から見て各主湾曲部645p〜648pがV軸及びW軸と重なる部位の下部に、各変形部645〜648に生じる弾性変形を検出するための計測部位A1〜A4が規定されている。なお、図18では、計測部位A1〜A4が変形体640の上面(手前側の面)に設けられているように示されているが、実際は、変形体640の下面(奥側の面)に設けられている(図19参照)。 As shown in FIGS. 19A and 19B, each of the deformed bodies 640 is located at the lowermost portion of the first to fourth main bending portions 645p to 648p, that is, when viewed from the Z-axis direction. At the lower part of the portion where the main bending portions 645p to 648p overlap the V-axis and the W-axis, measurement portions A1 to A4 for detecting elastic deformation occurring in each deformation portion 645 to 648 are defined. In FIG. 18, the measurement sites A1 to A4 are shown to be provided on the upper surface (front side surface) of the deformed body 640, but in reality, they are provided on the lower surface (back side surface) of the deformed body 640. It is provided (see FIG. 19).

結局、変形体640は、§1及び§2で説明した力覚センサ1c、201cの環状の変形体40を、各変形部の構造を実質的に維持したまま全体形状のみを矩形に変更したものと言える。したがって、力覚センサ1c、201cの環状の変形体40を上述した変形体640に置換しても、当該力覚センサ1c、201cと同様の作用効果を得ることができる。 After all, the deformed body 640 is the annular deformed body 40 of the force sensor 1c and 201c described in §1 and §2, in which only the overall shape is changed to a rectangle while substantially maintaining the structure of each deformed part. It can be said that. Therefore, even if the annular deformed body 40 of the force sensor 1c and 201c is replaced with the above-mentioned deformed body 640, the same effect as that of the force sensor 1c and 201c can be obtained.

<<< §4. 本発明の第3の実施の形態による力覚センサ >>>
次に、本発明の第3の実施の形態による力覚センサについて詳細に説明する。
<<< §4. Force sensor according to the third embodiment of the present invention >>>
Next, the force sensor according to the third embodiment of the present invention will be described in detail.

< 4−1.基本構造の構成 >
図20は、本発明に利用可能な正方形状の矩形変形体340の平面図である。また、図21(a)は、図20の[21a]−[21a]線断面図であり、図21(b)は、図20の[21b]−[21b]線断面図であり、図21(c)は、図20の[21c]−[21c]線断面図であり、図21(d)は、図20の[21d]−[21d]線断面図である。本実施の形態の矩形変形体340は、内周の輪郭および外周の輪郭がともに正方形をなす構造体であり、Z軸方向から見て、原点Oを中心とし各辺がX軸またはY軸に平行に配置されている。矩形変形体340は、正方形の閉ループ状の経路に沿って、XYZ三次元座標系に対して固定された4つの固定部341a〜341dと、矩形変形体340の閉ループ状の経路において固定部341a〜341dと交互に位置付けられ、力及びモーメントの作用を受ける、4つの受力部343a〜343dと、閉ループ状の経路において隣接する固定部341a〜341dと受力部343a〜343dとの間に1つずつ位置付けられた合計8つの変形部345A〜345Hと、を有している。
<4-1. Structure of basic structure >
FIG. 20 is a plan view of a square rectangular variant 340 that can be used in the present invention. 21 (a) is a cross-sectional view taken along the line [21a]-[21a] of FIG. 20, and FIG. 21 (b) is a cross-sectional view taken along the line [21b]-[21b] of FIG. (C) is a cross-sectional view taken along the line [21c]-[21c] of FIG. 20, and FIG. 21 (d) is a cross-sectional view taken along the line [21d]-[21d] of FIG. The rectangular deformed body 340 of the present embodiment is a structure in which both the inner peripheral contour and the outer peripheral contour form a square, and when viewed from the Z-axis direction, each side is centered on the origin O and each side is on the X-axis or the Y-axis. They are arranged in parallel. The rectangular deformed body 340 has four fixed portions 341a to 341d fixed with respect to the XYZ three-dimensional coordinate system along a square closed loop-shaped path, and fixed portions 341a to 341a in the closed loop-shaped path of the rectangular deformed body 340. Four receiving parts 343a to 343d, which are positioned alternately with 341d and are affected by forces and moments, and one between the fixed parts 341a to 341d and the receiving parts 343a to 343d adjacent to each other in a closed loop path. It has a total of eight deformed portions 345A to 345H, which are positioned one by one.

具体的には、図20に示すように、矩形変形体340は、第2象限に配置された第1固定部341a、第1象限に配置された第2固定部341b、第4象限に配置された第3固定部341c及び第3象限に配置された第4固定部341dを有している。XY平面上に、原点Oを通りX軸およびY軸に対して45°をなすV軸およびW軸を定義した場合に、第2及び第4固定部341b、341dはV軸上に、第1及び第3固定部341a、341cはW軸上に、それぞれ原点Oに関して対称的に配置されている。そして、第1受力部343aは、第1固定部341aと第4固定部341dとの中間地点において負のX軸上に配置されている。更に、第2受力部343bは、第1固定部341aと第2固定部341bとの中間地点において正のY軸上に配置されており、第3受力部343cは、第2固定部341bと第3固定部341cとの中間地点において正のX軸上に配置されており、第4受力部343dは、第3固定部341cと第4固定部341dとの中間地点において負のY軸上に配置されている。 Specifically, as shown in FIG. 20, the rectangular deformed body 340 is arranged in the first fixed portion 341a arranged in the second quadrant, the second fixed portion 341b arranged in the first quadrant, and the fourth quadrant. It also has a third fixed portion 341c and a fourth fixed portion 341d arranged in the third quadrant. When the V-axis and W-axis that pass through the origin O and form 45 ° with respect to the X-axis and Y-axis are defined on the XY plane, the second and fourth fixed portions 341b and 341d are on the V-axis and the first The third fixed portions 341a and 341c are arranged symmetrically with respect to the origin O on the W axis, respectively. The first receiving portion 343a is arranged on the negative X-axis at an intermediate point between the first fixed portion 341a and the fourth fixed portion 341d. Further, the second receiving portion 343b is arranged on the positive Y axis at the intermediate point between the first fixing portion 341a and the second fixing portion 341b, and the third receiving portion 343c is the second fixing portion 341b. Is arranged on the positive X-axis at the intermediate point between the third fixed portion 341c and the third fixed portion 341c, and the fourth receiving portion 343d has a negative Y-axis at the intermediate point between the third fixed portion 341c and the fourth fixed portion 341d. It is placed on top.

そして、第1変形部345Aが第1受力部343aと第1固定部341aとの間にY軸と平行に配置されており、第2変形部345Bが第1固定部341aと第2受力部343bとの間にX軸と平行に配置されており、第3変形部345Cが第2受力部343bと第2固定部341bとの間にX軸と平行に配置されており、第4変形部345Dが第2固定部341bと第3受力部343cとの間にY軸と平行に配置されており、第5変形部345Eが第3受力部343cと第3固定部341cとの間にY軸と平行に配置されており、第6変形部345Fが第3固定部341cと第4受力部343dとの間にX軸と平行に配置されており、第7変形部345Gが第4受力部343dと第4固定部341dとの間にX軸と平行に配置されており、第8変形部345Hが第4固定部341dと第1受力部343aとの間にY軸と平行に配置されている。各変形部345A〜345Hの具体的な構造は、第1の実施の形態の各変形部45〜48と同様の湾曲構造を有している(図21参照)。 The first deformed portion 345A is arranged between the first receiving portion 343a and the first fixed portion 341a in parallel with the Y axis, and the second deformed portion 345B is arranged between the first fixed portion 341a and the second receiving force. The third deformed portion 345C is arranged parallel to the X axis between the second receiving portion 343b and the second fixed portion 341b, and the third deformed portion 345C is arranged parallel to the X axis. The deformed portion 345D is arranged between the second fixed portion 341b and the third receiving portion 343c in parallel with the Y axis, and the fifth deformed portion 345E is formed between the third receiving portion 343c and the third fixed portion 341c. The sixth deformed portion 345F is arranged parallel to the Y axis between them, the sixth deformed portion 345F is arranged parallel to the X axis between the third fixed portion 341c and the fourth receiving portion 343d, and the seventh deformed portion 345G is arranged between them. It is arranged parallel to the X-axis between the 4th receiving portion 343d and the 4th fixed portion 341d, and the 8th deformed portion 345H is located between the 4th fixed portion 341d and the 1st receiving portion 343a. It is arranged parallel to. The specific structure of each of the deformed portions 345A to 345H has a curved structure similar to that of the deformed portions 45 to 48 of the first embodiment (see FIG. 21).

図22は、図20の矩形変形体340を採用した、本実施の形態による力覚センサの基本構造301を示す概略断面図である。図22に示すように、基本構造301は、図20及び図21を参照して説明した矩形変形体340と、この矩形変形体340に対してZ軸負側に配置され、XYZ三次元座標系に対して固定された固定体310と、矩形変形体340に対してZ軸正側に配置され、作用する力及びモーメントを受ける受力体320と、を備えている。固定体310と矩形変形体340とは、当該矩形変形体340の4つの固定部341a〜341dにおいて4つの固定部側接続部材331a〜331dによって接続されている。すなわち、第1固定部側接続部材331aは矩形変形体340の第1固定部341aと固定体310とを接続しており、第2固定部側接続部材331bは矩形変形体340の第2固定部341bと固定体310とを接続しており、第3固定部側接続部材331cは矩形変形体340の第3固定部341cと固定体310とを接続しており、第4固定部側接続部材331dは矩形変形体340の第4固定部341dと固定体310とを接続している。 FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure 301 of the force sensor according to the present embodiment, which employs the rectangular deformed body 340 of FIG. As shown in FIG. 22, the basic structure 301 is arranged on the negative side of the Z-axis with respect to the rectangular deformed body 340 described with reference to FIGS. 20 and 21 and the rectangular deformed body 340, and is an XYZ three-dimensional coordinate system. A fixed body 310 fixed to the rectangular deformed body 310 and a receiving body 320 arranged on the positive side of the Z axis with respect to the rectangular deformed body 340 and receiving a force and a moment acting on the rectangular deformed body 340. The fixed body 310 and the rectangular deformed body 340 are connected by four fixed portion side connecting members 331a to 331d in the four fixed portions 341a to 341d of the rectangular deformed body 340. That is, the first fixing portion side connecting member 331a connects the first fixing portion 341a of the rectangular deformed body 340 and the fixed body 310, and the second fixing portion side connecting member 331b is the second fixing portion of the rectangular deformed body 340. The 341b and the fixed body 310 are connected, and the third fixed portion side connecting member 331c connects the third fixed portion 341c of the rectangular deformed body 340 and the fixed body 310, and the fourth fixed portion side connecting member 331d. Connects the fourth fixed portion 341d of the rectangular deformed body 340 and the fixed body 310.

また、受力体320と矩形変形体340とは、当該矩形変形体340の4つの受力部343a〜343dにおいて4つの受力部側接続部材332a〜332dによって接続されている。すなわち、第1受力部側接続部材332aは矩形変形体340の第1受力部343aと受力体320とを接続しており、第2受力部側接続部材332bは矩形変形体340の第2受力部343bと受力体320とを接続しており、第3受力部側接続部材332cは矩形変形体340の第3受力部343cと受力体320とを接続しており、第4受力部側接続部材332dは矩形変形体340の第4受力部343dと受力体320とを接続している。以上のような構成によって、受力体320に作用した力及びモーメントが確実に矩形変形体340に伝達されるようになっている。なお、図22では、本実施の形態の基本構造301について、図21(a)に対応する断面図のみが示されており、図21(c)〜図21(d)に対応する断面図は、図22と略同様であるため、図示が省略されている。 Further, the receiving body 320 and the rectangular deformed body 340 are connected by four receiving part side connecting members 332a to 332d in the four receiving parts 343a to 343d of the rectangular deformed body 340. That is, the first receiving portion side connecting member 332a connects the first receiving portion 343a of the rectangular deformed body 340 and the receiving body 320, and the second receiving portion side connecting member 332b is the rectangular deformed body 340. The second receiving portion 343b and the receiving body 320 are connected, and the third receiving portion side connecting member 332c connects the third receiving portion 343c of the rectangular deformed body 340 and the receiving body 320. The fourth receiving portion side connecting member 332d connects the fourth receiving portion 343d of the rectangular deformed body 340 and the receiving body 320. With the above configuration, the force and moment acting on the receiving body 320 are surely transmitted to the rectangular deformed body 340. In addition, in FIG. 22, only the cross-sectional view corresponding to FIG. 21 (a) is shown for the basic structure 301 of this embodiment, and the cross-sectional view corresponding to FIGS. 21 (c) to 21 (d) is shown. , Since it is substantially the same as FIG. 22, the illustration is omitted.

< 4−2. 基本構造の作用 >
次に、この基本構造301の作用について説明する。
<4-2. Action of basic structure >
Next, the operation of the basic structure 301 will be described.

(4−2−1.X軸正方向の力+Fxが作用した場合)
図23は、受力体230にX軸正方向の力+Fxが作用したときに、図20に示す矩形変形体340の各検出点A1〜A8に生じる変位を説明するための図である。図中の矢印等の記号の意味は、§1で説明した通りである。
(4-2-1. When a force in the positive direction of the X axis + Fx acts)
FIG. 23 is a diagram for explaining the displacements that occur at the detection points A1 to A8 of the rectangular deformed body 340 shown in FIG. 20 when a force + Fx in the positive direction of the X axis acts on the receiving body 230. The meanings of symbols such as arrows in the figure are as explained in §1.

受力体320を介して受力部341a〜341dにX軸正方向の力+Fxが作用することにより、各受力部341a〜341dはX軸正方向へ変位する。この結果、第3変形部345C及び第6変形部345Fは、圧縮力の作用を受ける。この場合、前述した1−2.から理解されるように、第3変形部345C及び第6変形部345Fは各湾曲部345Cp、345Fpの曲率半径が小さくなるように弾性変形する。このため、各検出点A3、A6は共にZ軸負方向に変位する。一方、図23に示すように、第2変形部345B及び第7変形部345Gは、引張力の作用を受ける。この場合、前述した1−2.から理解されるように、第2変形部345B及び第7変形部345Gは各湾曲部345Bp、345Gpの曲率半径が大きくなるように弾性変形する。このため、各検出点A2、A7は共にZ軸正方向に変位する。 When the force + Fx in the positive direction of the X axis acts on the receiving portions 341a to 341d via the receiving body 320, the receiving portions 341a to 341d are displaced in the positive direction of the X axis. As a result, the third deformed portion 345C and the sixth deformed portion 345F are affected by the compressive force. In this case, the above-mentioned 1-2. As can be understood from the above, the third deformed portion 345C and the sixth deformed portion 345F are elastically deformed so that the radius of curvature of each curved portion 345Cp and 345Fp becomes smaller. Therefore, the detection points A3 and A6 are both displaced in the negative direction of the Z axis. On the other hand, as shown in FIG. 23, the second deformed portion 345B and the seventh deformed portion 345G are affected by the tensile force. In this case, the above-mentioned 1-2. As can be understood from the above, the second deformed portion 345B and the seventh deformed portion 345G are elastically deformed so that the radius of curvature of each curved portion 345Bp and 345Gp becomes large. Therefore, the detection points A2 and A7 are both displaced in the positive direction of the Z axis.

また、X軸上に位置する2つの受力部343a、343cは、第1、第4、第5、第8変形部345A、345D、345E、345Hの整列方向(Y軸方向)に対して直交する方向(X軸方向)に移動する。このため、これら4つの変形部345A、345D、345E、345Hでは、対応する検出点A1、A4、A5、A8にZ軸方向への変位がほとんど生じない。 Further, the two receiving portions 343a and 343c located on the X-axis are orthogonal to the alignment direction (Y-axis direction) of the first, fourth, fifth, and eighth deformed portions 345A, 345D, 345E, and 345H. Move in the direction (X-axis direction). Therefore, in these four deformed portions 345A, 345D, 345E, and 345H, the corresponding detection points A1, A4, A5, and A8 are hardly displaced in the Z-axis direction.

なお、基本構造301の受力部341a〜341dにY軸正方向の力+Fyが作用したときの当該基本構造301の作用は、上述した、X軸正方向の力+Fxが作用したときの基本構造301の作用を、原点Oを中心として反時計回りに90°回転させて考えればよい。このため、ここでは、その詳細な説明は省略する。 The action of the basic structure 301 when the force + Fy in the positive direction of the Y axis acts on the receiving portions 341a to 341d of the basic structure 301 is the basic structure when the force + Fx in the positive direction of the X axis acts. The action of 301 may be considered by rotating it 90 ° counterclockwise around the origin O. Therefore, the detailed description thereof will be omitted here.

(4−2−2.Z軸正方向の力+Fzが作用した場合)
次に、図24は、受力体320にZ軸正方向の力+Fzが作用したときに、図20に示す矩形変形体340の各検出点A1〜A8に生じる変位を説明するための図である。図中の矢印等の記号の意味は、§1で説明した通りである。
(4-2-2. When a force in the positive direction of the Z axis + Fz acts)
Next, FIG. 24 is a diagram for explaining the displacements that occur at the detection points A1 to A8 of the rectangular deformed body 340 shown in FIG. 20 when a force + Fz in the positive direction of the Z axis acts on the receiving body 320. is there. The meanings of symbols such as arrows in the figure are as explained in §1.

受力体320を介して受力部341a〜341dにZ軸正方向の力+Fzが作用することにより、各受力部341a〜341dはZ軸正方向へ変位する。この結果、図24に示すように、第1〜第8変形部345A〜345Hは、受力部341a〜341dの側がZ軸正方向に引っ張られる。この結果、各検出点A1〜A8は、いずれもZ軸正方向に変位する。 When a force + Fz in the Z-axis positive direction acts on the receiving portions 341a to 341d via the receiving body 320, each of the receiving portions 341a to 341d is displaced in the Z-axis positive direction. As a result, as shown in FIG. 24, the sides of the receiving portions 341a to 341d of the first to eighth deformed portions 345A to 345H are pulled in the positive direction of the Z axis. As a result, each of the detection points A1 to A8 is displaced in the positive direction of the Z axis.

(4−2−3.X軸正まわりのモーメント+Mxが作用した場合)
次に、図25は、図20の矩形変形体340に対してX軸正方向のモーメント+Mxが作用したときに各検出点A1〜A8に生じる変位を説明するための図である。図中の矢印等の記号の意味は、§1で説明した通りである。
(4-2-3. When the moment around the X-axis + Mx acts)
Next, FIG. 25 is a diagram for explaining the displacements that occur at the detection points A1 to A8 when the moment + Mx in the positive direction of the X axis acts on the rectangular deformed body 340 of FIG. The meanings of symbols such as arrows in the figure are as explained in §1.

受力体320にX軸正まわりのモーメント+Mxが作用すると、正のY軸上に位置する第2受力部343bがZ軸正方向(図25における手前方向)に変位し、負のY軸上に位置する第4受力部343dがZ軸負方向(図25における奥行き方向)に変位する。したがって、図33に示すように、第2及び第3変形部345B、345Cは、力+Fzが作用したときと同様に、Z軸正方向の力の作用を受ける。すなわち、3−2−2.で説明したように、第2及び第3検出点A2、A3は、Z軸正方向に変位する。一方、図25に示すように、第6及び第7変形部345F、345Gは、力+Fzが作用したときとは逆に、Z軸負方向の力の作用を受ける。この場合、第6及び第7検出点A6、A7は、Z軸負方向に変位する。 When a moment + Mx around the X-axis forward acts on the receiving body 320, the second receiving portion 343b located on the positive Y-axis is displaced in the Z-axis positive direction (front direction in FIG. 25), and the negative Y-axis. The fourth receiving portion 343d located above is displaced in the negative direction of the Z axis (the depth direction in FIG. 25). Therefore, as shown in FIG. 33, the second and third deformed portions 345B and 345C are subjected to the action of the force in the positive direction of the Z axis in the same manner as when the force + Fz is applied. That is, 3-2-2. As described above, the second and third detection points A2 and A3 are displaced in the positive direction of the Z axis. On the other hand, as shown in FIG. 25, the sixth and seventh deformed portions 345F and 345G are subjected to the action of the force in the negative direction of the Z axis, contrary to the action of the force + Fz. In this case, the sixth and seventh detection points A6 and A7 are displaced in the negative direction of the Z axis.

更に、図25に示すように、第1受力部343a及び第3受力部343cは、Y軸正側の端部がZ軸正方向(図25における手前側)に変位し、Y軸負側の端部がZ軸負方向(図25における奥側)に変位する。これらの変位に伴って、第1及び第4計測部位A1、A4はZ軸正方向に変位し、第5及び第8計測部位A5、A8はZ軸負方向に変位する。但し、回転中心軸であるX軸から各計測部位A1〜A8までの距離から明らかなように、第1、第4、第5及び第8計測部位A1、A4、A5、A8に生じるZ軸方向の変位の絶対値は、第2、第3、第6及び第7計測部位A2、A3、A6及びA7に生じるZ軸方向の変位より小さい。 Further, as shown in FIG. 25, the ends of the first receiving portion 343a and the third receiving portion 343c on the positive side of the Y axis are displaced in the positive direction of the Z axis (the front side in FIG. 25), and the negative Y axis is negative. The end on the side is displaced in the negative direction of the Z axis (the back side in FIG. 25). Along with these displacements, the first and fourth measurement sites A1 and A4 are displaced in the Z-axis positive direction, and the fifth and eighth measurement sites A5 and A8 are displaced in the Z-axis negative direction. However, as is clear from the distances from the X-axis, which is the central axis of rotation, to the measurement sites A1 to A8, the Z-axis directions generated in the first, fourth, fifth, and eighth measurement sites A1, A4, A5, and A8. The absolute value of the displacement of is smaller than the displacement in the Z-axis direction occurring at the second, third, sixth and seventh measurement sites A2, A3, A6 and A7.

なお、基本構造301の受力部343a〜343dにY軸正まわりのモーメント+Myが作用したときの当該基本構造301の作用は、上述した、X軸正まわりのモーメント+Mxが作用した場合を、原点Oを中心として反時計回りに90°回転させて考えればよい。このため、ここでは、その詳細な説明は省略する。 The action of the basic structure 301 when the moment + My in the positive direction of the Y axis acts on the receiving portions 343a to 343d of the basic structure 301 originates from the case where the moment + Mx in the positive direction of the X axis acts. It may be considered by rotating 90 ° counterclockwise around O. Therefore, the detailed description thereof will be omitted here.

(4−2−4.Z軸正まわりのモーメント+Mzが作用した場合)
次に、図26は、図20の矩形変形体340に対してZ軸正方向のモーメント+Mzが作用したときに各検出点A1〜A8に生じる変位を説明するための図である。図中の矢印等の記号の意味は、§2で説明した通りである。
(4-2-4. When the moment around the Z axis + Mz acts)
Next, FIG. 26 is a diagram for explaining the displacement that occurs at each of the detection points A1 to A8 when the moment + Mz in the positive direction of the Z axis acts on the rectangular deformed body 340 of FIG. The meanings of symbols such as arrows in the figure are as explained in §2.

受力体320にZ軸正まわりのモーメント+Mzが作用すると、図26に示すように、負のX軸上に位置する第1受力部343aがX軸負方向に変位し、正のY軸上に位置する第2受力部343bがX軸負方向に変位し、正のX軸上に位置する第3受力部343cがY軸正方向に変位し、負のY軸上に位置する第4受力部343dがX軸正方向に変位する。したがって、図26に示すように、第2、第4、第6及び第8変形部345B、345D、345F、345Hは、圧縮力の作用を受ける。この場合、前述した1−2.から理解されるように、第2、第4、第6及び第8変形部345B、345D、345F、345Hは、各湾曲部345Bp、345Dp、345Fp、345Hpの曲率半径が小さくなるように弾性変形する。このため、各検出点A2、A4、A6、A8は、Z軸負方向に変位する。 When a moment + Mz around the Z-axis is applied to the receiving body 320, as shown in FIG. 26, the first receiving portion 343a located on the negative X-axis is displaced in the negative direction of the X-axis, and the positive Y-axis is displaced. The upper second receiving portion 343b is displaced in the negative direction of the X axis, and the third receiving portion 343c located on the positive X axis is displaced in the positive direction of the Y axis and is located on the negative Y axis. The fourth receiving portion 343d is displaced in the positive direction of the X-axis. Therefore, as shown in FIG. 26, the second, fourth, sixth and eighth deformed portions 345B, 345D, 345F and 345H are affected by the compressive force. In this case, the above-mentioned 1-2. As can be understood from, the second, fourth, sixth and eighth deformed portions 345B, 345D, 345F and 345H are elastically deformed so that the radius of curvature of each curved portion 345Bp, 345Dp, 345Fp and 345Hp becomes smaller. .. Therefore, the detection points A2, A4, A6, and A8 are displaced in the negative direction of the Z axis.

一方、図26に示すように、第1、第3、第5及び第7変形部345A、345C、345E、345Gは、引張力の作用を受ける。この場合、前述した1−2.から理解されるように、第1、第3、第5及び第7変形部345A、345C、345E、345Gは、各湾曲部345Ap、345Cp、345Ep、345Gpの曲率半径が大きくなるように弾性変形する。このため、各検出点A1、A3、A5、A7は、Z軸正方向に変位する。 On the other hand, as shown in FIG. 26, the first, third, fifth and seventh deformed portions 345A, 345C, 345E and 345G are affected by the tensile force. In this case, the above-mentioned 1-2. As can be understood from, the first, third, fifth and seventh deformed portions 345A, 345C, 345E, 345G are elastically deformed so that the radius of curvature of each curved portion 345Ap, 345Cp, 345Ep, 345Gp becomes large. .. Therefore, the detection points A1, A3, A5, and A7 are displaced in the positive direction of the Z axis.

以上のまとめとして、図27には、受力体320にXYZ三次元座標系の各軸方向の力+Fx、+Fy、+Fz及び各軸方向のモーメント+Mx、+My、+Mzが作用したときに図20の矩形変形体340の各検出点A1〜A8と固定体310との離間距離の増減が、一覧で示されている。図27において、検出点A1〜A8の欄に記された符号「+」は、検出点と固定体310との離間距離が増大することを意味し、符号「−」は、当該離間距離が減少することを意味し、「0」は、当該離間距離が変化しないことを意味している。また、符号「++」及び「−−」は、検出点と固定体310との離間距離がより大きく増大及び減少することを、それぞれ意味している。 As a summary of the above, FIG. 27 shows that when a force + Fx, + Fy, + Fz in each axial direction and a moment + Mx, + My, + Mz in each axial direction are applied to the receiving body 320 in the XYZ three-dimensional coordinate system, FIG. The increase / decrease in the separation distance between the detection points A1 to A8 of the rectangular deformed body 340 and the fixed body 310 is shown in a list. In FIG. 27, the reference numeral “+” written in the columns of the detection points A1 to A8 means that the separation distance between the detection point and the fixed body 310 increases, and the reference numeral “−” means that the separation distance decreases. "0" means that the separation distance does not change. Further, the symbols "++" and "−−" mean that the separation distance between the detection point and the fixed body 310 is further increased or decreased, respectively.

なお、受力体320に作用する力及びモーメントが負方向及び負まわりである場合には、上述した各変形部345A〜345Hに作用する力の向きが逆になる。このため、図27に一覧で示した各検出点A1〜A8と固定体310との離間距離の増減は、全て逆になる。 When the force and the moment acting on the receiving body 320 are in the negative direction and the negative rotation, the directions of the forces acting on the deformed portions 345A to 345H described above are reversed. Therefore, the increase / decrease in the separation distance between the detection points A1 to A8 and the fixed body 310 shown in the list in FIG. 27 are all reversed.

< 4−3. 力覚センサの構成 >
次に、4−1、4−2において説明した基本構造301を有する力覚センサ301cの構成について説明する。
<4-3. Force sensor configuration >
Next, the configuration of the force sensor 301c having the basic structure 301 described in 4-1 and 4-2 will be described.

図28は、図22の基本構造301を用いた、本実施の形態による力覚センサ301cを示す概略平面図であり、図29は、図28の[29]−[29]線断面図である。図28では、説明の便宜上、受力体320の図示は省略されている。 FIG. 28 is a schematic plan view showing the force sensor 301c according to the present embodiment using the basic structure 301 of FIG. 22, and FIG. 29 is a sectional view taken along line [29]-[29] of FIG. 28. .. In FIG. 28, for convenience of explanation, the drawing of the receiving body 320 is omitted.

図28及び図29に示すように、力覚センサ301cは、上述した基本構造301と、基本構造301の変形部345A〜315Hの各検出点A1〜A8に生じる変位に基づいて、作用した力及びモーメントを検出する検出回路350と、を有している。本実施の形態の検出回路350は、図28及び図29に示すように、変形部345A〜315Hの各検出点A1〜A8に1つずつ配置された、合計8個の容量素子C1〜C8と、これらの容量素子C1〜C8に接続され、当該容量素子C1〜C8の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力を計測する計測部(不図示)と、を有している。 As shown in FIGS. 28 and 29, the force sensor 301c acts on the basic structure 301 and the applied force based on the displacements generated at the detection points A1 to A8 of the deformed portions 345A to 315H of the basic structure 301. It has a detection circuit 350 for detecting a moment. As shown in FIGS. 28 and 29, the detection circuit 350 of the present embodiment includes a total of eight capacitive elements C1 to C8 arranged one at each detection point A1 to A8 of the deformed portions 345A to 315H. , It is connected to these capacitance elements C1 to C8, and has a measuring unit (not shown) for measuring the acting force based on the amount of fluctuation of the capacitance value of the capacitance elements C1 to C8.

8個の容量素子C1〜C8の具体的な構成は、第1の実施の形態と同様である。すなわち、図29に示すように、基本構造301において、第2変位電極Em2が第2検出点A2に設けられ、この第2変位電極Em2に対向するように第2固定電極Ef2が固定体310上に設けられている。これらの電極Em2、Ef2が第2容量素子C2を構成している。同様に、基本構造301において、第3変位電極Em3が第3検出点A3に設けられ、この第3変位電極Em3に対向するように第3固定電極Ef3が固定体310上に設けられている。これらの電極Em3、Ef3が第3容量素子C3を構成している。 The specific configuration of the eight capacitive elements C1 to C8 is the same as that of the first embodiment. That is, as shown in FIG. 29, in the basic structure 301, the second displacement electrode Em2 is provided at the second detection point A2, and the second fixed electrode Ef2 is placed on the fixed body 310 so as to face the second displacement electrode Em2. It is provided in. These electrodes Em2 and Ef2 constitute the second capacitance element C2. Similarly, in the basic structure 301, the third displacement electrode Em3 is provided at the third detection point A3, and the third fixed electrode Ef3 is provided on the fixed body 310 so as to face the third displacement electrode Em3. These electrodes Em3 and Ef3 constitute the third capacitance element C3.

更に、詳細には図示されていないが、基本構造301において、第1及び第4〜8変位電極Em1、Em4〜Em8が第1、第4〜第8検出点A1、A4〜A8にそれぞれ設けられ、これらの変位電極Em1、Em4〜Em8に対向するように第1及び第4〜第8固定電極Ef1、Ef4〜Ef8が固定体310上に設けられている。そして、互いに対向する変位電極Em1、Em4〜Em8及び固定電極Ef1、Ef4〜Ef8が第1及び第4〜第8容量素子C1、C4〜C8を構成している。 Further, although not shown in detail, in the basic structure 301, the first and fourth to eighth displacement electrodes Em1 and Em4 to Em8 are provided at the first and fourth to eighth detection points A1 and A4 to A8, respectively. The first and fourth to eighth fixed electrodes Ef1 and Ef4 to Ef8 are provided on the fixed body 310 so as to face the displacement electrodes Em1 and Em4 to Em8. The displacement electrodes Em1, Em4 to Em8 and the fixed electrodes Ef1, Ef4 to Ef8 facing each other constitute the first and fourth to eighth capacitive elements C1 and C4 to C8.

具体的には、図29に示すように、各変位電極Em1〜Em8は、対応する計測部位A1〜A8に支持された第1〜第8変形体側支持体361〜368の下面に、第1〜第8変位基板Im1〜Im8を介して支持されている。更に、各固定電極Ef1〜Ef8は、固定体310の上面に固定された第1〜第8固定体側支持体371〜378の上面に、第1〜第8固定基板If1〜If8を介して支持されている。各変位電極Em1〜Em8は、全て同一の面積であり、各固定電極Ef1〜Ef8も、全て同一の面積である。但し、第1の実施の形態と同様に、変位電極Em1〜Em8の電極面積は、固定電極Ef1〜Ef8の電極面積よりも大きく構成されている。初期状態において、容量素子C1〜C8を構成する各組の電極の実効対向面積及び離間距離は、全て同一である。 Specifically, as shown in FIG. 29, the displacement electrodes Em1 to Em8 are placed on the lower surfaces of the first to eighth deformed body side supports 361 to 368 supported by the corresponding measurement sites A1 to A8, from the first to the first. It is supported via the eighth displacement substrate Im1 to Im8. Further, the fixed electrodes Ef1 to Ef8 are supported on the upper surfaces of the first to eighth fixed body side supports 371 to 378 fixed to the upper surface of the fixed body 310 via the first to eighth fixed substrates If1 to If8. ing. The displacement electrodes Em1 to Em8 all have the same area, and the fixed electrodes Ef1 to Ef8 also have the same area. However, as in the first embodiment, the electrode area of the displacement electrodes Em1 to Em8 is larger than the electrode area of the fixed electrodes Ef1 to Ef8. In the initial state, the effective facing areas and separation distances of the electrodes of each set constituting the capacitive elements C1 to C8 are all the same.

更に、図28及び図29に示すように、力覚センサ301cは、変形体340の各変形部345A〜345Hに生じる弾性変形に基づいて、受力体320に作用した力及びモーメントを示す電気信号を出力する検出回路350を有している。図28及び図29では、各容量素子C1〜C8と検出回路350とを電気的に接続する配線は、図示が省略されている。 Further, as shown in FIGS. 28 and 29, the force sensor 301c is an electric signal indicating the force and moment acting on the receiving body 320 based on the elastic deformation generated in each of the deformed portions 345A to 345H of the deformed body 340. It has a detection circuit 350 that outputs. In FIGS. 28 and 29, the wiring for electrically connecting the capacitance elements C1 to C8 and the detection circuit 350 is not shown.

なお、固定体310、受力体320及び変形体340が金属などの導電材料で構成されている場合、各電極がショートしないように、第1〜第8変位基板Im1〜Im8及び第1〜第8固定基板If1〜If8は、絶縁体で構成される必要がある。この点については、第1の実施の形態と同様である。 When the fixed body 310, the receiving body 320, and the deformed body 340 are made of a conductive material such as metal, the first to eighth displacement substrates Im1 to Im8 and the first to first ones are prevented so that the electrodes are not short-circuited. 8 The fixed substrates If1 to If8 need to be made of an insulator. This point is the same as that of the first embodiment.

< 4−4. 力覚センサの作用 >
次に、以上の力覚センサ301cに対してXYZ三次元座標系における各軸方向の力Fx、Fy、Fz及び各軸まわりのモーメントMx、My、Mzが作用したときの、当該力覚センサ301cの作用について説明する。
<4-4. Action of force sensor >
Next, when the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, Mz around each axis act on the above force sensor 301c in the XYZ three-dimensional coordinate system, the force sensor 301c The action of is described.

(4−4−1. X軸正方向の力+Fxが作用したとき)
まず、力覚センサ301cにX軸正方向の力+Fxが作用すると、図27の+Fxの欄から理解されるように、第2及び第7容量素子C2、C7では、電極間の離間距離が共に増大するため、静電容量値が減少する。一方、第3及び第6容量素子C3、C6では、電極間の離間距離が共に減少するため、静電容量値が増大する。残りの第1、第4、第5及び第8容量素子C1、C4、C5、C8では、電極間の離間距離が実質的に変化しないため、静電容量値は変化しない。なお、力覚センサ301cにX軸負方向の力−Fxが作用すると、第2、第3、第6及び第7容量素子C2、C3、C6、C7の静電容量値の増減が逆になる。
(4-4-1. When a force in the positive direction of the X axis + Fx acts)
First, when a force + Fx in the positive direction of the X axis acts on the force sensor 301c, as can be seen from the column of + Fx in FIG. 27, in the second and seventh capacitance elements C2 and C7, the separation distance between the electrodes is both. As it increases, the capacitance value decreases. On the other hand, in the third and sixth capacitance elements C3 and C6, the separation distance between the electrodes is reduced together, so that the capacitance value is increased. In the remaining first, fourth, fifth and eighth capacitance elements C1, C4, C5 and C8, the capacitance value does not change because the separation distance between the electrodes does not substantially change. When a force −Fx in the negative direction of the X axis acts on the force sensor 301c, the increase / decrease of the capacitance values of the second, third, sixth and seventh capacitance elements C2, C3, C6 and C7 are reversed. ..

(4−4−2. Y軸正方向の力+Fyが作用したとき)
次に、力覚センサ301cにY軸正方向の力+Fyが作用すると、図27の+Fyの欄から理解されるように、第5及び第8容量素子C5、C8では、電極間の離間距離が共に増大するため、静電容量値が減少する。一方、第1及び第4容量素子C1、C4では、電極間の離間距離が共に減少するため、静電容量値が増大する。残りの第2、第3、第6及び第7容量素子C2、C3、C6、C7では、電極間の離間距離が実質的に変化しないため、静電容量値は変化しない。なお、力覚センサ301cにY軸負方向の力−Fyが作用すると、第1、第4、第5及び第8容量素子C1、C4、C5、C8の静電容量値の増減が逆になる。
(4-4-2. When a force in the positive direction of the Y axis + Fy acts)
Next, when a force + Fy in the positive direction of the Y axis acts on the force sensor 301c, as can be understood from the column of + Fy in FIG. 27, in the fifth and eighth capacitance elements C5 and C8, the separation distance between the electrodes is increased. Since both increase, the capacitance value decreases. On the other hand, in the first and fourth capacitance elements C1 and C4, the separation distance between the electrodes is reduced together, so that the capacitance value is increased. In the remaining second, third, sixth and seventh capacitance elements C2, C3, C6 and C7, the capacitance value does not change because the separation distance between the electrodes does not substantially change. When a force −Fy in the negative direction of the Y axis acts on the force sensor 301c, the increase and decrease of the capacitance values of the first, fourth, fifth and eighth capacitance elements C1, C4, C5 and C8 are reversed. ..

(4−4−3. Z軸正方向の力+Fzが作用したとき)
次に、力覚センサ301cにZ軸正方向の力+Fzが作用すると、図27の+Fzの欄から理解されるように、全ての容量素子C1〜C8において、電極間の離間距離が増大するため、静電容量値が減少する。なお、力覚センサ301cにZ軸負方向の力−Fzが作用すると、全ての容量素子C1〜C8において、電極間の離間距離が減少するため、静電容量値が増大する。
(4-4-3. When a force in the positive direction of the Z axis + Fz acts)
Next, when a force + Fz in the positive direction of the Z axis acts on the force sensor 301c, as can be seen from the column of + Fz in FIG. 27, the separation distance between the electrodes increases in all the capacitive elements C1 to C8. , The capacitance value decreases. When a force −Fz in the negative Z-axis direction acts on the force sensor 301c, the distance between the electrodes in all the capacitance elements C1 to C8 decreases, so that the capacitance value increases.

(4−4−4. X軸正まわりのモーメント+Mxが作用したとき)
次に、力覚センサ301cにX軸正まわりのモーメント+Mxが作用すると、図27の+Mxの欄から理解されるように、第1〜第4容量素子C1〜C4では、電極間の離間距離が増大するため静電容量値が減少する。但し、電極間の離間距離の変化量の相違から、第1及び第4容量素子C1、C4よりも第2及び第3容量素子C2、C3において、静電容量値がより大きく減少する。一方、第5〜第8容量素子C5〜C8では、電極間の離間距離が減少するため静電容量値が増大する。但し、電極間の離間距離の変化量の相違から、第5及び第8容量素子C5、C8よりも第6及び第7容量素子C6、C7において、静電容量値がより大きく増大する。なお、力覚センサ301cにX軸負まわりのモーメント−Mxが作用すると、各容量素子C1〜C8の静電容量値の増減が逆になる。
(4-4-4. When the moment around the X-axis + Mx acts)
Next, when a moment + Mx around the X-axis is applied to the force sensor 301c, as can be understood from the column of + Mx in FIG. 27, in the first to fourth capacitance elements C1 to C4, the separation distance between the electrodes is increased. As it increases, the capacitance value decreases. However, due to the difference in the amount of change in the separation distance between the electrodes, the capacitance value is significantly reduced in the second and third capacitance elements C2 and C3 than in the first and fourth capacitance elements C1 and C4. On the other hand, in the fifth to eighth capacitance elements C5 to C8, the capacitance value increases because the separation distance between the electrodes decreases. However, due to the difference in the amount of change in the separation distance between the electrodes, the capacitance value increases more in the sixth and seventh capacitance elements C6 and C7 than in the fifth and eighth capacitance elements C5 and C8. When a moment −Mx around the negative axis of the X axis acts on the force sensor 301c, the increase / decrease in the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C8 is reversed.

(4−4−5. Y軸正まわりのモーメント+Myが作用したとき)
次に、力覚センサ301cにY軸正まわりのモーメント+Myが作用すると、図27の+Myの欄から理解されるように、第1、第2、第7及び第8容量素子C1、C2、C7、C8では、電極間の離間距離が増大するため静電容量値が減少する。但し、電極間の離間距離の変化量の相違から、第2及び第7容量素子C2、C7よりも第1及び第8容量素子C1、C8において、静電容量値がより大きく減少する。一方、第3〜第6容量素子C3〜C6では、電極間の離間距離が減少するため静電容量値が増大する。但し、電極間の離間距離の変化量の相違から、第3及び第6容量素子C3、C6よりも第4及び第5容量素子C4、C5において、静電容量値がより大きく増大する。なお、力覚センサ301cにY軸負まわりのモーメント−Myが作用すると、各容量素子C1〜C8の静電容量値の増減が逆になる。
(4-4-5. When the moment around the Y-axis + My acts)
Next, when a moment + My in the positive direction of the Y axis acts on the force sensor 301c, as can be understood from the column of + My in FIG. 27, the first, second, seventh and eighth capacitive elements C1, C2, C7 , C8, the capacitance value decreases because the separation distance between the electrodes increases. However, due to the difference in the amount of change in the separation distance between the electrodes, the capacitance value is significantly reduced in the first and eighth capacitance elements C1 and C8 than in the second and seventh capacitance elements C2 and C7. On the other hand, in the third to sixth capacitance elements C3 to C6, the capacitance value increases because the separation distance between the electrodes decreases. However, due to the difference in the amount of change in the separation distance between the electrodes, the capacitance value increases more significantly in the fourth and fifth capacitance elements C4 and C5 than in the third and sixth capacitance elements C3 and C6. When a moment −My around the negative axis of the Y axis acts on the force sensor 301c, the increase / decrease in the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C8 is reversed.

(4−4−6. Z軸正まわりのモーメント+Mzが作用したとき)
次に、力覚センサ301cにZ軸正まわりのモーメント+Mzが作用すると、図27の+Mzの欄から理解されるように、第1、第3、第5及び第7容量素子C1、C3、C5、C7では、電極間の離間距離が増大するため静電容量値が減少する。一方、第2、第4、第6及び第8容量素子C2、C4、C6、C8では、電極間の離間距離が減少するため静電容量値が増大する。なお、力覚センサ301cにZ軸負まわりのモーメント−Mzが作用すると、各容量素子C1〜C8の静電容量値の増減が逆になる。
(4-4-6. When the moment around the Z-axis + Mz acts)
Next, when a moment + Mz around the Z-axis forward acts on the force sensor 301c, as can be understood from the column of + Mz in FIG. 27, the first, third, fifth and seventh capacitive elements C1, C3, C5 , C7, the capacitance value decreases because the separation distance between the electrodes increases. On the other hand, in the second, fourth, sixth and eighth capacitance elements C2, C4, C6 and C8, the capacitance value increases because the separation distance between the electrodes decreases. When a moment −Mz around the negative axis of the Z axis acts on the force sensor 301c, the increase / decrease in the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C8 is reversed.

以上に説明した各容量素子C1〜C8の静電容量値の増減は、図30に纏めて示してある。図30において、符号「+」は、静電容量値が増大することを意味し、符号「−」は静電容量値が減少することを意味している。また、符号「++」は、静電容量値が大きく増大することを意味し、符号「−−」は、静電容量値が大きく減少することを意味している。一方、数字「0」は、静電容量値が実質的に変化しないことを意味している。 The increase / decrease in the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C8 described above is summarized in FIG. 30. In FIG. 30, the symbol “+” means that the capacitance value increases, and the symbol “−” means that the capacitance value decreases. Further, the symbol "++" means that the capacitance value is greatly increased, and the symbol "−−" means that the capacitance value is greatly decreased. On the other hand, the number "0" means that the capacitance value does not change substantially.

(4−4−7. 作用した力及びモーメントの算出方法)
以上のような容量素子C1〜C8の静電容量値の変動に鑑み、検出回路350は、次の[式2]を用いて力覚センサ301cに作用した力Fx、Fy、Fz及びモーメントMx、My、Mzを算出する。[式2]において、C1〜C8は、第1〜第8容量素子C1〜C8の静電容量値の変動量を示している。
[式2]
Fx=−C2+C3+C6−C7
Fy=C1+C4−C5−C8
Fz=−C1−C2−C3−C4−C5−C6−C7−C8
Mx=−C1−C2−C3−C4+C5+C6+C7+C8
My=−C1−C2+C3+C4+C5+C6−C7−C8
Mz=−C1+C2−C3+C4−C5+C6−C7+C8
(4-4-7. Calculation method of applied force and moment)
In view of the fluctuation of the capacitance value of the capacitance elements C1 to C8 as described above, the detection circuit 350 uses the following [Equation 2] to act on the force sensor 301c to act on the force Fx, Fy, Fz and the moment Mx. Calculate My and Mz. In [Equation 2], C1 to C8 indicate the amount of fluctuation in the capacitance value of the first to eighth capacitance elements C1 to C8.
[Equation 2]
Fx = -C2 + C3 + C6-C7
Fy = C1 + C4-C5-C8
Fz = -C1-C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8
Mx = -C1-C2-C3-C4 + C5 + C6 + C7 + C8
My = -C1-C2 + C3 + C4 + C5 + C6-C7-C8
Mz = -C1 + C2-C3 + C4-C5 + C6-C7 + C8

なお、力覚センサ301cに作用した力及びモーメントが負方向である場合には、左辺のFx、Fy、Fz、Mx、My及びMzを−Fx、−Fy、−Fz、−Mx、−My及び−Mzにすれば良い。但し、この場合、右辺のC1〜C4の符号も逆になるため、結局、作用した力及びモーメントの正負によらず、[式2]により作用した力及びモーメントが計測される。 When the force and moment acting on the force sensor 301c are in the negative direction, Fx, Fy, Fz, Mx, My and Mz on the left side are set to -Fx, -Fy, -Fz, -Mx, -My and It may be set to -Mz. However, in this case, since the signs of C1 to C4 on the right side are also reversed, the force and moment acted by [Equation 2] are measured regardless of the sign of the acting force and moment.

但し、[式2]によれば、Z軸方向の力Fzが−C1〜−C8の和によって求められる。このため、力Fzについては、力覚センサ301cの使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を受けやすい点に注意が必要である。 However, according to [Equation 2], the force Fz in the Z-axis direction is obtained by the sum of −C1 to −C8. Therefore, it should be noted that the force Fz is easily affected by temperature changes and in-phase noise in the usage environment of the force sensor 301c.

< 4−5. 力覚センサの他軸感度 >
次に、図31を参照して、本実施の形態による力覚センサ301cの他軸感度について説明する。図31は、図28に示す力覚センサ301cにおける、各軸方向の力Fx、Fy、Fz及び各軸まわりのモーメントMx、My、Mzの他軸感度VFx〜VMzを一覧で示す図表である。
<4-5. Other axis sensitivity of force sensor >
Next, with reference to FIG. 31, the sensitivity of the force sensor 301c according to the present embodiment will be described. FIG. 31 is a chart showing a list of the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the other axis sensitivities VFx to VMz of the moments Mx, My, and Mz around each axis in the force sensor 301c shown in FIG. 28.

図31の図表中に配された数字は、図30に示す図表の各力Fx、Fy、Fz及び各モーメントMx、My、Mzについて、「+」の記号が付された容量素子を+1とし、「−」の記号が付された容量素子を−1として、上述した[式2]のそれぞれの右辺に代入して得られた値である。すなわち、行VFxと列Fxとが交わるマス目に記された「8」という数字は、Fxを示す式([式2]の第1式)に、図30のFxの行に基づいてC2=C7=−1、及び、C3=C6=+1を代入して得られた値である。また、行VFxと列Fyとが交わるマス目に記された「0」という数字は、Fxを示す式に、図30のFyの行に基づいてC1=C4=+1、及び、C5=C8=−1を代入して得られた値である。その他のマス目の数字についても同様である。 The numbers arranged in the chart of FIG. 31 are such that the capacitive element with the symbol “+” is +1 for each force Fx, Fy, Fz and each moment Mx, My, Mz in the chart shown in FIG. It is a value obtained by substituting the capacitive element with the symbol "-" as -1 and substituting it on the right side of each of the above-mentioned [Equation 2]. That is, the number "8" written in the square where the row VFx and the column Fx intersect is based on the row of Fx in FIG. 30 in the formula indicating Fx (the first formula of [Equation 2]). It is a value obtained by substituting C7 = -1 and C3 = C6 = + 1. Further, the number "0" written in the square where the row VFx and the column Fy intersect is C1 = C4 = + 1 and C5 = C8 = based on the row of Fy in FIG. 30 in the formula indicating Fx. It is a value obtained by substituting -1. The same applies to the numbers in other squares.

他軸感度が無い場合には、図31の図表において左上から右下に向かう対角線上に位置する6つのマス目以外の全てのマス目がゼロになる。ところが、図31に示すように、例えばFxにはMyの他軸感度が存在しているため、FxとMyが互いに影響を及ぼし合う。したがって、このままでは正確な力及びモーメントを検出することができない。しかしながら、この場合、実際の他軸感度のマトリクス(図31の図表に対応する6行6列の行列)の逆行列を求め、この逆行列を力覚センサ301cの出力に乗じるという補正演算によって、他軸感度をゼロにすることができる。 When there is no other-axis sensitivity, all the squares other than the six squares located on the diagonal line from the upper left to the lower right in the chart of FIG. 31 become zero. However, as shown in FIG. 31, for example, since Fx has other axis sensitivities of My, Fx and My influence each other. Therefore, it is not possible to detect an accurate force and moment as it is. However, in this case, the inverse matrix of the actual matrix of other-axis sensitivity (the matrix of 6 rows and 6 columns corresponding to the chart of FIG. 31) is obtained, and this inverse matrix is multiplied by the output of the force sensor 301c by a correction calculation. The sensitivity of the other axis can be set to zero.

以上のような本実施の形態による力覚センサ301cによれば、主湾曲部345Ap〜345Hpとこれに隣接する固定部341a〜341d及び受力部343a〜343dとの間に固定部側湾曲部345Af〜345Hf及び受力部側湾曲部345Am〜345Hmがそれぞれ介在することにより、主湾曲部345Ap〜345Hpとこれに隣接する341a〜341d及び受力部343a〜343dとの接続部分への応力集中を回避することができる。このため、本実施の形態によれば、高い信頼性を備えた静電容量タイプの力覚センサ301cを提供することができる。 According to the force sensor 301c according to the present embodiment as described above, the fixed portion side curved portion 345Af is provided between the main curved portions 345Ap to 345Hp and the fixed portions 341a to 341d and the receiving portions 343a to 343d adjacent thereto. By interposing ~ 345Hf and the receiving portion side bending portions 345Am to 345Hm, respectively, stress concentration is avoided at the connection portion between the main bending portion 345Ap to 345Hp and the adjacent 341a to 341d and the receiving portion 343a to 343d. can do. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the capacitance type force sensor 301c having high reliability.

また、本実施の形態による力覚センサ301cは、XYZ三次元座標系の各軸方向の力Fx、Fy、Fz及び各軸まわりのモーメントMx、My、Mzの6つの成分全てを計測することができる。更に、力覚センサ301cは、Z軸方向の力Fzを除く5つの成分を、8つの容量素子C1〜C8の静電容量値の差分によって検出することができる。すなわち、本実施の形態によれば、力Fzを除く5つの成分Fx、Fy、Mx、My、Mzを計測するに当たって、使用環境の温度変化や同相ノイズによる影響を受けにくい力覚センサ301cを提供することができる。 Further, the force sensor 301c according to the present embodiment can measure all six components of the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction of the XYZ three-dimensional coordinate system and the moments Mx, My, Mz around each axis. it can. Further, the force sensor 301c can detect five components excluding the force Fz in the Z-axis direction by the difference between the capacitance values of the eight capacitance elements C1 to C8. That is, according to the present embodiment, when measuring the five components Fx, Fy, Mx, My, and Mz excluding the force Fz, a force sensor 301c that is not easily affected by temperature changes in the usage environment and in-phase noise is provided. can do.

また、変形体として、X軸及びY軸に関して対称的な正方形の形状を有する矩形変形体340を有しているため、作用した力及びモーメントに起因して、矩形変形体340が対称的に変形する。このため、当該変形に基づいて作用した力及びモーメントを計測することが容易である。 Further, since the deformed body has a rectangular deformed body 340 having a square shape symmetrical with respect to the X-axis and the Y-axis, the rectangular deformed body 340 is symmetrically deformed due to the applied force and moment. To do. Therefore, it is easy to measure the force and the moment acting based on the deformation.

とりわけ、矩形変形体340は、その中心がXYZ三次元座標系の原点Oに一致するようにXY平面上に位置付けられている。そして、4つの受力部343a〜343dが矩形変形体340の各辺の中点に1つずつ配置されており、4つの固定部が矩形変形体340の各頂点に1つずつ配置されている。このような対称的な構成により、容量素子C1〜C8がX軸及びY軸に関して対称的に配置されるため、各容量素子C1〜C8の静電容量値の変動量に基づいて、極めて容易に作用した力及びモーメントを計測することができる。 In particular, the rectangular variant 340 is positioned on the XY plane so that its center coincides with the origin O of the XYZ three-dimensional coordinate system. Then, four receiving portions 343a to 343d are arranged one by one at the midpoint of each side of the rectangular deformed body 340, and four fixed portions are arranged one by one at each vertex of the rectangular deformed body 340. .. With such a symmetrical configuration, the capacitance elements C1 to C8 are arranged symmetrically with respect to the X-axis and the Y-axis, so that it is extremely easy based on the fluctuation amount of the capacitance value of each capacitance element C1 to C8. The acting force and moment can be measured.

また、主湾曲部345Ap〜345Hpの主湾曲面345Apa〜345Hpaは、矩形変形体340の閉ループ状の矩形の経路に沿って観察したとき、円弧に沿った曲面で構成されている。このため、力覚センサ301cに作用する力及びモーメントによって主湾曲部345Ap〜345Hpに生じる弾性変形をより安定化させることができる。 Further, the main curved surfaces 345Apa to 345Hpa of the main curved portions 345Ap to 345Hp are composed of curved surfaces along an arc when observed along a closed loop rectangular path of the rectangular deformed body 340. Therefore, the elastic deformation generated in the main curved portion 345Ap to 345Hp due to the force and the moment acting on the force sensor 301c can be further stabilized.

<<< §5. 本発明の第4の実施の形態による力覚センサ >>>
次に、本発明の第4の実施の形態による力覚センサについて詳細に説明する。
<<< §5. Force sensor according to the fourth embodiment of the present invention >>>
Next, the force sensor according to the fourth embodiment of the present invention will be described in detail.

< 5−1.基本構造の構成 >
図32は、本発明の第4の実施の形態による力覚センサに採用される基本構造401を示す概略正面図である。上述した第3の実施の形態とは異なり、本実施の形態の基本構造401は、ドーナツ状の環状変形体440を有している。環状変形体440は、内周の輪郭および外周の輪郭がともに円形をなす構造体であり、Z軸方向から見て、原点Oを中心としてXY平面上に配置されている。環状変形体440は、円形の閉ループ状の経路に沿って、XYZ三次元座標系に対して固定された4つの固定部441a〜441dと、当該閉ループ状の経路において固定部441a〜441dと交互に位置付けられ、力及びモーメントの作用を受ける、4つの受力部443a〜443dと、閉ループ状の経路において隣接する固定部441a〜441dと受力部443a〜443dとの間に1つずつ位置付けられた合計8つの変形部445A〜445Hと、を有している。
<5-1. Structure of basic structure >
FIG. 32 is a schematic front view showing a basic structure 401 adopted in the force sensor according to the fourth embodiment of the present invention. Unlike the third embodiment described above, the basic structure 401 of the present embodiment has a donut-shaped annular variant 440. The annular plasmodium 440 is a structure in which both the inner peripheral contour and the outer peripheral contour form a circle, and is arranged on the XY plane with the origin O as the center when viewed from the Z-axis direction. The annular plasmodium 440 alternates with four fixed portions 441a-441d fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system along a circular closed-loop path and fixed portions 441a-441d in the closed-loop path. The four receiving portions 443a to 443d, which are positioned and affected by the force and the moment, are positioned one by one between the fixed portions 441a to 441d and the receiving portions 443a to 443d, which are adjacent to each other in the closed loop path. It has a total of eight deformed portions 445A to 445H.

図32に示すように、XY平面上に原点Oを通りX軸およびY軸に対して45°をなすV軸およびW軸を定義すると、4つの固定部441a〜441dは当該V軸上及びW軸上に1つずつ配置されている。また、4つの受力部443a〜443dは、X軸上及びY軸上に1つずつ配置されている。原点Oから各固定部441a〜441d及び各受力部443a〜443dまでの距離は、いずれも等しい。図32に示すように、8つの変形部445A〜445Hは、負のX軸及び正のW軸とで挟まれた領域に位置する変形部を第1変形部445Aとし、環状変形体440の円環状の経路に沿って時計回りに、第2変形部445B、第3変形部445C、・・・、第8変形部445Hと呼ぶこととする。各変形部445A〜445Hの具体的な構造は、第1の実施の形態の各変形部45〜48と同様の湾曲構造を有している(図21参照)。要するに、本実施の形態の環状変形体440は、第3の実施の形態の矩形変形体340(図20参照)の各辺を湾曲させて円環状に構成したものである。したがって、本実施の形態による基本構造401は、このような環状変形体が採用されている点で第3の実施の形態とは異なっている。 As shown in FIG. 32, when the V-axis and the W-axis that pass through the origin O and form 45 ° with respect to the X-axis and the Y-axis are defined on the XY plane, the four fixed portions 441a to 441d are on the V-axis and W. They are arranged one by one on the axis. Further, four receiving portions 443a to 443d are arranged one by one on the X-axis and one on the Y-axis. The distances from the origin O to the fixed portions 441a to 441d and the receiving portions 443a to 443d are all equal. As shown in FIG. 32, the eight deformed portions 445A to 445H have a deformed portion located in the region sandwiched between the negative X-axis and the positive W-axis as the first deformed portion 445A, and are circles of the annular deformed body 440. It will be referred to as a second deformed portion 445B, a third deformed portion 445C, ..., And an eighth deformed portion 445H in a clockwise direction along the annular path. The specific structure of each of the deformed portions 445A to 445H has a curved structure similar to that of the deformed portions 45 to 48 of the first embodiment (see FIG. 21). In short, the annular deformed body 440 of the present embodiment is formed by bending each side of the rectangular deformed body 340 (see FIG. 20) of the third embodiment to form an annular shape. Therefore, the basic structure 401 according to the present embodiment is different from the third embodiment in that such an annular variant is adopted.

また、環状変形体440が採用されたことに伴って、固定体410及び受力体420も外周の輪郭線が原点Oを中心とする円であるように構成されている。但し、図21においては、説明の便宜上、受力体420の図示は省略されている。一方、その他の構成は第3の実施の形態と同様であるため、図32において第3の実施の形態と共通する構成には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 Further, with the adoption of the annular plasmodium 440, the fixed body 410 and the receiving body 420 are also configured so that the outer peripheral contour line is a circle centered on the origin O. However, in FIG. 21, for convenience of explanation, the drawing of the receiving body 420 is omitted. On the other hand, since the other configurations are the same as those of the third embodiment, the same reference numerals are given to the configurations common to those of the third embodiment in FIG. 32, and detailed description thereof will be omitted.

< 5−2. 基本構造の作用 >
次に、この基本構造401の作用について説明する。前述したように、環状変形体440は、第3の実施の形態による矩形変形体340の各辺を湾曲させて構成されたものと見なすことができる。したがって、環状変形体440の受力部443a〜443dにXYZ三次元座標系の各軸方向の力Fx、Fy、Fz及び各軸まわりのモーメントMx、My、Mzが作用したときに、各変形部445A〜445Hの計測部位A1〜A8と固定体410との離間距離の増減は、第3の実施の形態における当該離間距離の増減と本質的に同じである。
<5-2. Action of basic structure >
Next, the operation of the basic structure 401 will be described. As described above, the annular deformed body 440 can be regarded as being configured by bending each side of the rectangular deformed body 340 according to the third embodiment. Therefore, when the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction of the XYZ three-dimensional coordinate system and the moments Mx, My, Mz around each axis act on the receiving portions 443a to 443d of the annular deformed body 440, each deformed portion. The increase / decrease in the separation distance between the measurement sites A1 to A8 of the 445A to 445H and the fixed body 410 is essentially the same as the increase / decrease in the separation distance in the third embodiment.

但し、変形体の形状が矩形から円形に変更されたことに伴って、受力体420を介して受力部443a〜443dにX軸正方向の力+Fxが作用すると、第1、第4、第5及び第8変形部445A、445D、445E、445Hの各湾曲部445Ap、445Dp、445Ep、445Hpにおいて弾性変形が観察される。具体的には、第1及び第8変形部445A、445Hが僅かに圧縮変形されるため、対応する第1及び第8計測部位A1、A8がZ軸負方向に変位する。一方、第4及び第5変形部445D、445Eは僅かに引張変形されるため、対応する第4及び第5計測部位A4、A5がZ軸正方向に変位する。同様に、受力体420を介して受力部443a〜443dにY軸正方向の力+Fyが作用すると、第6及び第7変形部445F、445Gが僅かに圧縮変形されるため、対応する第6及び第7計測部位A6、A7がZ軸負方向に変位する。一方、第2及び第3変形部445B、445Cは僅かに引張変形されるため、対応する第2及び第3計測部位A2、A3がZ軸正方向に変位する。その他の力Fz及びモーメントMx、My、Mzが作用した場合には、各計測部位A1〜A8に生じるZ軸方向の変位は、第3の実施の形態と同様である。 However, when the shape of the deformed body is changed from rectangular to circular and a force + Fx in the positive direction of the X axis acts on the receiving portions 443a to 443d via the receiving body 420, the first, fourth, and so on. Elastic deformation is observed at the curved portions 445Ap, 445Dp, 445Ep, and 445Hp of the fifth and eighth deformed portions 445A, 445D, 445E, and 445H. Specifically, since the first and eighth deformed portions 445A and 445H are slightly compressed and deformed, the corresponding first and eighth measurement sites A1 and A8 are displaced in the negative direction of the Z axis. On the other hand, since the 4th and 5th deformation portions 445D and 445E are slightly tensilely deformed, the corresponding 4th and 5th measurement sites A4 and A5 are displaced in the Z-axis positive direction. Similarly, when a force + Fy in the positive direction of the Y axis acts on the receiving portions 443a to 443d via the receiving body 420, the sixth and seventh deformed portions 445F and 445G are slightly compressed and deformed. The 6th and 7th measurement sites A6 and A7 are displaced in the negative direction of the Z axis. On the other hand, since the second and third deformation portions 445B and 445C are slightly tensilely deformed, the corresponding second and third measurement sites A2 and A3 are displaced in the Z-axis positive direction. When other forces Fz and moments Mx, My, and Mz act, the displacement in the Z-axis direction that occurs in each of the measurement sites A1 to A8 is the same as in the third embodiment.

本実施の形態による基本構造401の受力体420にXYZの各軸方向の力Fx、Fy、Fz及び各軸まわりのモーメントMx、My、Mzが作用したときの、各計測部位A1〜A8と固定体410との離間距離の増減が図33に一覧で示されている。図33において、符号「+」は、計測部位A1〜A8と固定体410との離間距離が増大することを意味し、符号「−」は当該離間距離が減少することを意味している。また、符号「++」は、当該離間距離が大きく増大することを意味し、符号「−−」は、当該離間距離が大きく減少することを意味している。更に、括弧書きの符号「(+)」及び「(−)」は、各計測部位A1〜A8と固定体410との離間距離の増減の程度が僅かであることを意味している。 When the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction of XYZ and the moments Mx, My, Mz around each axis act on the receiving body 420 of the basic structure 401 according to the present embodiment, the measurement sites A1 to A8 The increase / decrease in the separation distance from the fixed body 410 is shown in a list in FIG. 33. In FIG. 33, the symbol “+” means that the separation distance between the measurement sites A1 to A8 and the fixed body 410 increases, and the symbol “−” means that the separation distance decreases. Further, the symbol "++" means that the separation distance is greatly increased, and the symbol "−−" means that the separation distance is greatly decreased. Further, the symbols “(+)” and “(−)” in parentheses mean that the degree of increase / decrease in the separation distance between the measurement sites A1 to A8 and the fixed body 410 is slight.

< 5−3. 力覚センサの構成 >
次に、5−1、5−2において説明した基本構造401を有する力覚センサ401cの構成について説明する。
<5-3. Force sensor configuration >
Next, the configuration of the force sensor 401c having the basic structure 401 described in 5-1 and 5-2 will be described.

図34は、図32の基本構造301を用いた、本実施の形態による力覚センサ301cを示す概略平面図である。図34に示すように、力覚センサ401cは、上述した基本構造401と、基本構造401の変形部445A〜415Hの各検出点A1〜A8に生じる変位に基づいて、作用した力及びモーメントを検出する検出回路450と、を有している。本実施の形態の検出回路450は、図34に示すように、変形部445A〜445Hの各検出点A1〜A8に1つずつ配置された、合計8個の容量素子C1〜C8と、これらの容量素子C1〜C8に接続され、当該容量素子C1〜C8の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力を計測する計測部(不図示)と、を有している。図34では、各容量素子C1〜C8と検出回路450とを電気的に接続する配線は、図示が省略されている。各容量素子の構成及び基本構造401への取付態様、及びその他の構成については、第3の実施の形態と略同様である。このため、図34において、第3の実施の形態と同様の構成部分には略同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 FIG. 34 is a schematic plan view showing the force sensor 301c according to the present embodiment using the basic structure 301 of FIG. 32. As shown in FIG. 34, the force sensor 401c detects the applied force and moment based on the displacements generated at the above-mentioned basic structure 401 and the displacements A1 to A8 of the deformed portions 445A to 415H of the basic structure 401. It has a detection circuit 450 and the like. As shown in FIG. 34, the detection circuit 450 of the present embodiment includes a total of eight capacitive elements C1 to C8 arranged one at each detection point A1 to A8 of the deformed portions 445A to 445H, and these. It is connected to the capacitance elements C1 to C8, and has a measuring unit (not shown) that measures the applied force based on the amount of fluctuation in the capacitance value of the capacitance elements C1 to C8. In FIG. 34, the wiring for electrically connecting the capacitance elements C1 to C8 and the detection circuit 450 is not shown. The configuration of each capacitive element, the mounting mode to the basic structure 401, and other configurations are substantially the same as those of the third embodiment. Therefore, in FIG. 34, substantially the same reference numerals are given to the same components as those in the third embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

< 5−4. 力覚センサの作用 >
以上の説明から理解されるように、力覚センサ401cは、作用する力及びモーメントに対し、第3の実施の形態による力覚センサ301cと略同様の挙動を示す。とりわけ、力覚センサ401cに対して、Z軸方向の力Fz、XYZの各軸まわりのモーメントMx、My、Mzの4つの成分がそれぞれ作用した場合、各容量素子C1〜C8の静電容量値の変動は、第3の実施の形態による力覚センサ301cと同じ挙動を示す。
<5-4. Action of force sensor >
As can be understood from the above description, the force sensor 401c behaves substantially the same as the force sensor 301c according to the third embodiment with respect to the acting force and moment. In particular, when the four components of the forces Fz in the Z-axis direction and the moments Mx, My, and Mz around each axis of XYZ act on the force sensor 401c, the capacitance values of the capacitance elements C1 to C8 are obtained. The variation of is the same as that of the force sensor 301c according to the third embodiment.

一方、変形体の形状の相違に起因して、X及びY軸方向の力Fx、Fyがそれぞれ作用した場合、各容量素子C1〜C8の静電容量値の変動は、第3の実施の形態による力覚センサ301cと僅かに異なる。例えば、受力体420にX軸正方向の力+Fxが作用すると、環状変形体440の各受力部443a〜443dはX軸正方向に変位する。このとき、第1受力部443aが環状変形体440の中心(原点O)に向かって変位することによって、第1及び第8変形部445A、445Hが、環状変形体440の径方向に僅かに圧縮される。これにより、第1及び第8主湾曲部445Ap、445Hpは、曲率半径が僅かに小さくなるように弾性変形し、対応する各検出点A1、A8がZ軸負方向に僅かに変位する。同様に、第3受力部443cが環状変形体440の中心(原点O)から離れるように変位することによって、第4及び第5変形部445D、445Eが、環状変形体440の周方向に僅かに引っ張られる。これにより、第4及び第5主湾曲部445Dp、445Epは、曲率半径が僅かに大きくなるように弾性変形し、対応する検出点A4、A5がZ軸正方向に僅かに変位する。 On the other hand, when the forces Fx and Fy in the X and Y axis directions act due to the difference in the shape of the deformed body, the fluctuation of the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C8 is the third embodiment. It is slightly different from the force sensor 301c. For example, when a force + Fx in the positive direction of the X-axis acts on the receiving body 420, the receiving portions 443a to 443d of the annular deformed body 440 are displaced in the positive direction of the X-axis. At this time, the first receiving portion 443a is displaced toward the center (origin O) of the annular deformed body 440, so that the first and eighth deformed portions 445A and 445H are slightly displaced in the radial direction of the annular deformed body 440. It is compressed. As a result, the first and eighth main bending portions 445Ap and 445Hp are elastically deformed so that the radius of curvature becomes slightly smaller, and the corresponding detection points A1 and A8 are slightly displaced in the negative direction of the Z axis. Similarly, as the third receiving portion 443c is displaced away from the center (origin O) of the annular deformed body 440, the fourth and fifth deformed portions 445D and 445E are slightly displaced in the circumferential direction of the annular deformed body 440. Pulled by. As a result, the fourth and fifth main bending portions 445Dp and 445Ep are elastically deformed so that the radius of curvature is slightly larger, and the corresponding detection points A4 and A5 are slightly displaced in the positive direction of the Z axis.

他方、残りの第2、第3、第6及び第7変形部445B、445C、445F、445Gに生じる弾性変形、及び、対応する計測部位A2、A3、A6、A7の変位は、第3の実施の形態と同様である。もちろん、これらの計測部位A2、A3、A6、A7の変位の絶対値は、上述した計測部位A1、A4、A5、A8の変位の絶対値よりも大きい。なお、力覚センサ401cの受力体420にX軸負方向の力が作用した場合には、各変形部445A〜445Hに作用する力の向きが逆になるため、各検出点A1〜A8の変位の方向も逆になる。 On the other hand, the elastic deformations that occur in the remaining second, third, sixth and seventh deformation parts 445B, 445C, 445F and 445G, and the displacements of the corresponding measurement parts A2, A3, A6 and A7 are the third implementation. It is similar to the form of. Of course, the absolute value of the displacement of these measurement sites A2, A3, A6, and A7 is larger than the absolute value of the displacement of the measurement sites A1, A4, A5, and A8 described above. When a force in the negative direction of the X-axis acts on the receiving body 420 of the force sensor 401c, the directions of the forces acting on the deformed portions 445A to 445H are opposite, so that the detection points A1 to A8 have different directions. The direction of displacement is also reversed.

力覚センサ401cの受力体420にY軸方向の力Fyが作用した場合については、上述したX軸方向の力Fxが作用した場合を、原点Oを中心として反時計まわりに90°回転させて考えれば良い。したがって、力覚センサ401cでは、第3の実施の形態による力覚センサ301cの受力体320にY軸方向の力Fyが作用した場合には変位が生じていなかった第2、第3、第6及び第7計測部位A2、A3、A6、A7にも、僅かにZ軸方向の変位が検出することになる。 When the force Fy in the Y-axis direction acts on the receiving body 420 of the force sensor 401c, the case where the above-mentioned force Fx in the X-axis direction acts is rotated 90 ° counterclockwise around the origin O. Just think about it. Therefore, in the force sensor 401c, when the force Fy in the Y-axis direction acts on the receiving body 320 of the force sensor 301c according to the third embodiment, the second, third, and third forces are not displaced. A slight displacement in the Z-axis direction is also detected at the 6th and 7th measurement sites A2, A3, A6, and A7.

以上のことから、本実施の形態による力覚センサ401cでは、XYZ三次元座標系における各軸方向の力Fx、Fy、Fz及び各軸まわりのモーメントMx、My、Mzが作用すると、各検出点A1〜A8にそれぞれ対応付けられた容量素子C1〜C8の静電容量値が、第3の実施の形態と略同様に変動することが分かる。但し、本実施の形態では、X軸方向の力Fxが作用したときに、計測部位A1、A4、A5、A8にZ軸方向の僅かな変位が生じるため、これに伴って容量素子C1、C4、C5、C8の静電容量値が僅かに変動する。同様に、Y軸方向の力Fyが作用したときに、計測部位A2、A3、A6、A7にZ軸方向の僅かな変位が生じるため、これに伴って容量素子C2、C3、C6、C7の静電容量値が僅かに変動する。 From the above, in the force sensor 401c according to the present embodiment, when the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, Mz around each axis act in the XYZ three-dimensional coordinate system, each detection point. It can be seen that the capacitance values of the capacitance elements C1 to C8 associated with A1 to A8 vary substantially in the same manner as in the third embodiment. However, in the present embodiment, when the force Fx in the X-axis direction is applied, the measurement sites A1, A4, A5, and A8 are slightly displaced in the Z-axis direction, and the capacitance elements C1, C4 are accompanied by this. , C5 and C8 have slightly fluctuating capacitance values. Similarly, when a force Fy in the Y-axis direction is applied, a slight displacement in the Z-axis direction occurs in the measurement sites A2, A3, A6, and A7, and the capacitance elements C2, C3, C6, and C7 are accompanied by this. The capacitance value fluctuates slightly.

以上に説明した各容量素子C1〜C8の静電容量値の増減は、図35に纏めて示してある。図35において、符号「+」は、静電容量値が増大することを意味し、符号「−」は静電容量値が減少することを意味している。また、符号「++」は、静電容量値が大きく増大することを意味し、符号「−−」は、静電容量値が大きく減少することを意味している。更に、括弧書きの符号「(+)」及び「(−)」は、静電容量値が僅かに変動することを意味している。 The increase / decrease in the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C8 described above is summarized in FIG. 35. In FIG. 35, the symbol “+” means that the capacitance value increases, and the symbol “−” means that the capacitance value decreases. Further, the symbol "++" means that the capacitance value is greatly increased, and the symbol "−−" means that the capacitance value is greatly decreased. Further, the parenthesized symbols "(+)" and "(-)" mean that the capacitance value fluctuates slightly.

< 5−5. 作用した力及びモーメントの算出方法 >
以上のような容量素子C1〜C8の静電容量値の変動に鑑み、検出回路450は、次の[式3]を用いて力覚センサ401cに作用した力Fx、Fy、Fz及びモーメントMx、My、Mzを算出する。[式3]において、C1〜C8は、第1〜第8容量素子C1〜C8の静電容量値の変動量を示している。
[式3]
Fx=−C2+C3+C6−C7
Fy=C1+C4−C5−C8
Fz=−C1−C2−C3−C4−C5−C6−C7−C8
Mx=−C1−C2−C3−C4+C5+C6+C7+C8
My=−C1−C2+C3+C4+C5+C6−C7−C8
Mz=−C1+C2−C3+C4−C5+C6−C7+C8
<5-5. Calculation method of applied force and moment >
In view of the fluctuation of the capacitance value of the capacitance elements C1 to C8 as described above, the detection circuit 450 uses the following [Equation 3] to act on the force sensor 401c to perform the forces Fx, Fy, Fz and the moment Mx. Calculate My and Mz. In [Equation 3], C1 to C8 indicate the amount of fluctuation in the capacitance value of the first to eighth capacitance elements C1 to C8.
[Equation 3]
Fx = -C2 + C3 + C6-C7
Fy = C1 + C4-C5-C8
Fz = -C1-C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8
Mx = -C1-C2-C3-C4 + C5 + C6 + C7 + C8
My = -C1-C2 + C3 + C4 + C5 + C6-C7-C8
Mz = -C1 + C2-C3 + C4-C5 + C6-C7 + C8

あるいは、検出回路450は、Mx及びMyについて、図35中の「++」及び「−−」の符号が付されている容量素子のみを用いて、以下の[式4]を用いて作用した力Fx、Fy、Fz及びモーメントMx、My、Mzを算出しても良い。もちろん、このことは第3の実施の形態にも当てはまる。
[式4]
Fx=−C2+C3+C6−C7
Fy=C1+C4−C5−C8
Fz=−C1−C2−C3−C4−C5−C6−C7−C8
Mx=−C2−C3+C6+C7
My=−C1−C2+C3+C4+C5+C6−C7−C8
Mz=−C1+C2−C3+C4−C5+C6−C7+C8
Alternatively, the detection circuit 450 uses only the capacitive elements marked with “++” and “−−” in FIG. 35 for Mx and My, and the force acting by using the following [Equation 4]. Fx, Fy, Fz and moments Mx, My, Mz may be calculated. Of course, this also applies to the third embodiment.
[Equation 4]
Fx = -C2 + C3 + C6-C7
Fy = C1 + C4-C5-C8
Fz = -C1-C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8
Mx = -C2-C3 + C6 + C7
My = -C1-C2 + C3 + C4 + C5 + C6-C7-C8
Mz = -C1 + C2-C3 + C4-C5 + C6-C7 + C8

この[式3]は、第3の実施の形態において説明した[式2]と同一である。前述したように、力覚センサ401cでは、X及びY軸方向の力Fx、Fyが作用したときに、図35において括弧書きで符号示したように、僅かに静電容量値が変動する容量素子が存在する。しかしながら、これらの静電容量値の変動量は、括弧無しの符号が示されている容量素子の静電容量値の変動量と比較すると極めて小さいものである。したがって、作用した力及びモーメントを算出する際には、括弧書きで符号が示されている容量素子の静電容量値の変化は、実質的にゼロとして取り扱って差し支えない。 This [Equation 3] is the same as [Equation 2] described in the third embodiment. As described above, in the force sensor 401c, when the forces Fx and Fy in the X and Y axis directions are applied, the capacitance value fluctuates slightly as indicated by the parentheses in FIG. 35. Exists. However, the fluctuation amount of these capacitance values is extremely small as compared with the fluctuation amount of the capacitance value of the capacitance element shown by the reference numerals without parentheses. Therefore, when calculating the acting force and moment, the change in the capacitance value of the capacitive element indicated by the code in parentheses may be treated as substantially zero.

力覚センサ401cに作用した力及びモーメントが負方向である場合には、左辺のFx、Fy、Fz、Mx、My及びMzを−Fx、−Fy、−Fz、−Mx、−My及び−Mzにすれば良い。なお、Z軸方向の力Fzが−C1〜−C8の和によって求められるため、力Fzについては、力覚センサ301cの使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を受けやすい点に注意が必要である。また、他軸感度を打ち消すための補正演算についても、第3の実施の形態と同様の手法が採用され得る。これにより、他軸感度の影響を実質的にゼロにすることができ、高精度の力覚センサ401cが達成され得る。 When the force and moment acting on the force sensor 401c are in the negative direction, Fx, Fy, Fz, Mx, My and Mz on the left side are set to -Fx, -Fy, -Fz, -Mx, -My and -Mz. It should be. Since the force Fz in the Z-axis direction is obtained by the sum of -C1 to -C8, it should be noted that the force Fz is easily affected by temperature changes and in-phase noise in the usage environment of the force sensor 301c. is there. Further, the same method as that of the third embodiment can be adopted for the correction calculation for canceling the sensitivity of the other axis. As a result, the influence of the sensitivity of the other axis can be made substantially zero, and the high-precision force sensor 401c can be achieved.

以上のような本実施の形態による力覚センサ401cによっても、第3の実施の形態による力覚センサ301cと同様の作用効果を得ることができる。 The force sensor 401c according to the present embodiment as described above can also obtain the same action and effect as the force sensor 301c according to the third embodiment.

< 5−6. 補正演算の具体的な手法 >
ここで、補正演算の手法について詳細に説明する。図36は、受力体420にXYZ三次元座標系の各軸方向の力Fx、Fy、Fz及び各軸方向のモーメントMx、My、Mzが作用したときに、各容量素子C1〜C8に生じる静電容量値の変動を示す図表である。また、図37は、図36に示す各静電容量値の変動に基づいて算出した、図34の力覚センサ401cの他軸感度を一覧で示す図表である。
<5-6. Specific method of correction calculation >
Here, the method of correction calculation will be described in detail. FIG. 36 shows that when the forces Fx, Fy, Fz in the axial directions of the XYZ three-dimensional coordinate system and the moments Mx, My, Mz in the axial directions act on the receiving body 420, the capacitance elements C1 to C8 are generated. It is a chart which shows the fluctuation of a capacitance value. Further, FIG. 37 is a chart showing a list of other axis sensitivities of the force sensor 401c of FIG. 34 calculated based on the fluctuation of each capacitance value shown in FIG. 36.

受力体420にXYZ三次元座標系の各軸方向の力Fx、Fy、Fz及び各軸方向のモーメントMx、My、Mzが作用すると、各容量素子C1〜C8の静電容量値は、図36に示すように変動する。なお、図36の図表と図35の図表とは、図35の(+)及び(−)に対応する欄の符号が異なっている。この理由としては、図35が図34の点A1〜A8における変位であり、図36が図34の容量素子の静電容量値の実際の変化を示している点、図36が有限要素解析による解析結果であり、解析時のメッシュの設定などにより計算誤差が生じる点、などが考えられる。いずれにしても、作用した力及びモーメントを計測する際に補正演算を行うので、上述した符号の相違は大きな問題ではない。 When the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, Mz in each axial direction act on the receiving body 420, the capacitance values of the capacitive elements C1 to C8 are shown in FIG. It fluctuates as shown in 36. It should be noted that the chart of FIG. 36 and the chart of FIG. 35 differ in the reference numerals of the columns corresponding to (+) and (−) in FIG. 35. The reason for this is that FIG. 35 shows the displacement at points A1 to A8 in FIG. 34, FIG. 36 shows the actual change in the capacitance value of the capacitance element in FIG. 34, and FIG. 36 shows the actual change in the capacitance value, and FIG. 36 shows the finite element analysis. It is an analysis result, and it is conceivable that a calculation error may occur due to the mesh setting at the time of analysis. In any case, since the correction calculation is performed when measuring the applied force and moment, the above-mentioned difference in sign is not a big problem.

図36に示す各数値に基づき、本実施の形態による力覚センサ401cの他軸感度を評価すると、図37に示すとおりである。なお、図37の他軸感度は、前述した[式4]に基づいて算出されている。具体的には、図37の行Fxと列VFxとが交わるマス目に記載されている0.88という数値は、Fx=−C2+C3+C6−C7という[式4]の第1式に、図36のFxの行に記載されているC2=−0.22、C3=C6=0.22及びC7=−0.22を代入して得られた数値である。同様に、例えば行Myと列VFxとが交わるマス目に記載されている2.00という数値は、Fx=−C2+C3+C6−C7という[式4]の第1式に、図36のMyの行に記載されているC2=−0.50、C3=C6=0.50及びC7=−0.50を代入して得られた数値である。その他のマス目についても同様にして数値が算出されている。 When the other axis sensitivity of the force sensor 401c according to the present embodiment is evaluated based on each numerical value shown in FIG. 36, it is as shown in FIG. 37. The sensitivity of the other axis in FIG. 37 is calculated based on the above-mentioned [Equation 4]. Specifically, the numerical value of 0.88 described in the square where the row Fx and the column VFx of FIG. 37 intersect is expressed in the first equation of [Equation 4] of Fx = -C2 + C3 + C6-C7, in FIG. 36. It is a numerical value obtained by substituting C2 = −0.22, C3 = C6 = 0.22 and C7 = −0.22 described in the line of Fx. Similarly, for example, the numerical value 2.00 described in the square where the row My and the column VFx intersect can be found in the first equation of [Equation 4] of Fx = -C2 + C3 + C6-C7 in the row of My in FIG. It is a numerical value obtained by substituting C2 = −0.50, C3 = C6 = 0.50 and C7 = −0.50 described. Numerical values are calculated in the same way for other squares.

以上のようにして作成された図37の図表は、6行6列の行列として見なすことができる。この逆行列が、図38に示されている。この逆行列を力覚センサ401cの検出回路450からの出力に乗じることによって、他軸感度を打ち消すことができるのである。 The chart of FIG. 37 created as described above can be regarded as a 6-by-6 matrix. This inverse matrix is shown in FIG. By multiplying this inverse matrix by the output from the detection circuit 450 of the force sensor 401c, the sensitivity of the other axis can be canceled.

なお、以上の各力覚センサにおいては、図4に示す変形体40が作用されている。しかしながら、図4とは異なる構成の変形体を採用することも可能である。図39及び図40は、図4の変形例による変形体540A、540Bの一部を示す概略側面図である。具体的には、図39及び図40では、変形体540A、540Bのうち図4と対応する部分のみが図示されている。 In each of the above force sensors, the deformed body 40 shown in FIG. 4 is operated. However, it is also possible to adopt a modified body having a configuration different from that of FIG. 39 and 40 are schematic side views showing a part of the deformed bodies 540A and 540B according to the modified example of FIG. Specifically, in FIGS. 39 and 40, only the portion of the deformed bodies 540A and 540B corresponding to FIG. 4 is shown.

図39に示す例では、主湾曲部546Apと固定部側湾曲部546Afとの間に、Z軸正側の面及びZ軸負側の面が互いに平行な平面となっている固定部側直線部546Afsが設けられている。更に、主湾曲部546Apと受力部側湾曲部546Amとの間に、Z軸正側の面及びZ軸負側の面が互いに平行な平面となっている受力部側直線部546Amsが設けられている。更に、変形部546AのZ軸正側の面が、図4に示す例とは異なる曲率を有している。すなわち、主湾曲部546ApのZ軸正側の面546pbは、図4と同様に点O1を中心とする半径r1の円弧に沿った湾曲面であるが、図39に示すように、固定部側湾曲部546AfのZ軸正側の面546fbは、点O5を中心とする半径r5の円弧に沿った湾曲面であり、Z軸正側に向かって湾曲している。更に、図39に示すように、受力部側湾曲部546AmのZ軸正側の面546mbは、点O7を中心とする半径r7の円弧に沿った湾曲面であり、Z軸正側に向かって湾曲している。 In the example shown in FIG. 39, the fixed portion side straight portion in which the surface on the positive side of the Z axis and the surface on the negative side of the Z axis are parallel planes between the main curved portion 546Ap and the fixed portion side curved portion 546Af. 546 Afs is provided. Further, between the main curved portion 546Ap and the receiving portion side curved portion 546Am, a receiving portion side straight portion 546Ams in which the surface on the positive side of the Z axis and the surface on the negative side of the Z axis are parallel to each other is provided. Has been done. Further, the surface of the deformed portion 546A on the positive side of the Z axis has a curvature different from the example shown in FIG. That is, the surface 546pb on the Z-axis positive side of the main curved portion 546Ap is a curved surface along an arc having a radius r1 centered on the point O1 as in FIG. 4, but as shown in FIG. 39, the fixed portion side. The surface 546fb on the Z-axis positive side of the curved portion 546Af is a curved surface along an arc having a radius r5 centered on the point O5, and is curved toward the Z-axis positive side. Further, as shown in FIG. 39, the surface 546 mb on the Z-axis positive side of the receiving portion-side curved portion 546 Am is a curved surface along an arc having a radius r7 centered on the point O7, and faces the Z-axis positive side. Is curved.

また、主湾曲部546Apの主湾曲面546paは、図4と同様に点O2を中心とする半径r2の円弧に沿った湾曲面であるが、図39に示すように、固定部側湾曲面546faは、点O6を中心とする半径r6の円弧に沿った湾曲面であり、Z軸正方向に向かって湾曲している。更に、図39に示すように、受力部側湾曲面546maは、点O8を中心とする半径r8の円弧に沿った湾曲面であり、Z軸正方向に向かって湾曲している。図示されていないが、以上のことは、残りの変形部545A、547A、548Dにおいても同様である。 Further, the main curved surface 546pa of the main curved portion 546Ap is a curved surface along an arc having a radius r2 centered on the point O2 as in FIG. 4, but as shown in FIG. 39, the curved surface on the fixed portion side 546fa Is a curved surface along an arc having a radius r6 centered on the point O6, and is curved in the positive direction of the Z axis. Further, as shown in FIG. 39, the receiving portion side curved surface 546ma is a curved surface along an arc having a radius r8 centered on the point O8, and is curved in the positive direction of the Z axis. Although not shown, the above is the same for the remaining deformed portions 545A, 547A, and 548D.

すなわち、図39に示す変形体540AのZ軸負側の面は、固定部側直線部545Afs〜548Afs及び受力部側直線部545Ams〜548Amsが設けられている点を除き、図4に示す変形体40と同様の構成を有している。図示される例では、点O5及び点O6がZ軸と平行な直線上に配置され、点O7及び点O8がZ軸と平行な直線上に配置され、更に、r5=r6=r7=r8となっている。この場合、各変形部565A〜568Aが対応する計測部位A1〜A4に関して対称的に構成されるため、作用した力ないしモーメントを容易に算出することができる。 That is, the surface of the deformed body 540A shown in FIG. 39 on the negative side of the Z axis is deformed as shown in FIG. 4 except that the fixed portion side straight portions 545 Afs to 548 Afs and the receiving portion side straight portions 545 Ams to 548 Ams are provided. It has the same structure as the body 40. In the illustrated example, the points O5 and O6 are arranged on a straight line parallel to the Z axis, the points O7 and O8 are arranged on a straight line parallel to the Z axis, and further, r5 = r6 = r7 = r8. It has become. In this case, since each of the deformed portions 565A to 568A is symmetrically configured with respect to the corresponding measurement sites A1 to A4, the acting force or moment can be easily calculated.

なお、固定部側直線部545Afs〜548Afsを介することなく、主湾曲部545Ap〜548Apと固定部側湾曲部545Af〜548Afとが直接接続されていても良い。更に、受力部側直線部545Ams〜548Amsを介することなく、主湾曲部545Ap〜548Apと受力部側湾曲部545Am〜548Amとが直接接続されていても良い。このような例が、図40に示されている。図40において、図39と対応する構成要素には図39と同様の符号を付し、ここでは、その詳細な説明を省略する。 The main curved portion 545Ap to 548Ap and the fixed portion side curved portion 545Af to 548Af may be directly connected without passing through the fixed portion side straight portion 545Afs to 548Afs. Further, the main curved portion 545Ap to 548Ap and the receiving portion side curved portion 545Am to 548Am may be directly connected without passing through the receiving portion side straight portion 545Ams to 548Ams. An example of this is shown in FIG. In FIG. 40, the components corresponding to FIG. 39 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 39, and detailed description thereof will be omitted here.

これらの図39及び図40に示す変形体540A、540Bを採用した力覚センサにおいても、図4に示す変形体40を採用した力覚センサ1cと同様の作用を提供することができる。 The force sensor using the deformed bodies 540A and 540B shown in FIGS. 39 and 40 can also provide the same operation as the force sensor 1c using the deformed body 40 shown in FIG.

なお、§1〜§5の各力覚センサでは、4個または8個の容量素子が配置されているが、5〜7個あるいは9個以上の容量素子が配置されていても良い。この場合も、各電気信号T1〜T3をそれぞれの場合に応じて出力することにより、上述した各力覚センサと同様の作用が提供され得る。また、§1〜§5の各力覚センサでは、固定部と受力部とが全て隣接しているが、このような態様には限定されない。すなわち、幾つかの受力部が隣接していても良いし、あるいは、幾つかの固定部が隣接していても良い。但し、この場合、互いに隣接する受力部と固定部との組が少なくとも1つ設けられている必要がある。 In each force sensor of §1 to §5, 4 or 8 capacitive elements are arranged, but 5 to 7 or 9 or more capacitive elements may be arranged. Also in this case, by outputting the electric signals T1 to T3 according to each case, the same operation as that of the above-described force sensor can be provided. Further, in each of the force sensors of §1 to §5, the fixed portion and the receiving portion are all adjacent to each other, but the present invention is not limited to such a mode. That is, some receiving portions may be adjacent to each other, or some fixed portions may be adjacent to each other. However, in this case, it is necessary that at least one pair of a receiving portion and a fixed portion adjacent to each other is provided.

<<< §6. 変形例 >>> <<< §6. Modification example >>>

< 変形例1 >
以上の各力覚センサでは、Z軸負側に向かって湾曲した主湾曲部、並びに、Z軸正側に向かって湾曲した固定部側湾曲面及び受力部側湾曲面が、変形体のZ軸負側の面に設けられていた。しかしながら、このような態様には限定されない。例えば、変形体のZ軸正側の面に、Z軸正側に向かって湾曲した主湾曲部と、Z軸負側に向かって湾曲した固定部側湾曲面及び受力部側湾曲面と、が設けられていても良い。この場合、各変形体の計測部位A1〜A4またはA1〜A8は、各主湾曲部のZ軸正側に規定される。
<Modification example 1>
In each of the above force sensors, the main curved portion curved toward the negative side of the Z axis, and the curved surface on the fixed portion side and the curved surface on the receiving portion side curved toward the positive side of the Z axis are the Z of the deformed body. It was provided on the negative side of the shaft. However, it is not limited to such an embodiment. For example, on the Z-axis positive side surface of the deformed body, a main curved portion curved toward the Z-axis positive side, a fixed portion-side curved surface curved toward the Z-axis negative side, and a receiving portion-side curved surface. May be provided. In this case, the measurement sites A1 to A4 or A1 to A8 of each deformed body are defined on the Z-axis positive side of each main curved portion.

あるいは、変形体の変形部がZ軸方向ではなく径方向に湾曲していても良い。すなわち、図1に示す変形体40において、各変形部45〜48は、閉ループ状(円環状)の経路に対し内側(径方向内方)または外側(径方向外方)に向かって湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部を有していて良い。そして、これらの主湾曲部と各固定部41、42とを接続し、閉ループ状の経路に対し内側または外側に向かって湾曲した固定部側湾曲面を有する固定部側湾曲部と、主湾曲部と受力部43、44とを接続し、閉ループ状の経路に対し内側または外側に向かって湾曲した受力部側湾曲面を有する受力部側湾曲部と、を有していて良い。 Alternatively, the deformed portion of the deformed body may be curved in the radial direction instead of the Z-axis direction. That is, in the deformed body 40 shown in FIG. 1, each of the deformed portions 45 to 48 is mainly curved inward (inward in the radial direction) or outward (outward in the radial direction) with respect to the closed loop-shaped (annular) path. It may have a main curved portion having a curved surface. Then, a fixed portion side curved portion having a fixed portion side curved surface that connects these main curved portions and the fixed portions 41 and 42 and is curved inward or outward with respect to the closed loop-shaped path, and a main curved portion. And the receiving portions 43 and 44 may be connected to each other, and may have a receiving portion side curved portion having a receiving portion side curved surface curved inward or outward with respect to a closed loop-shaped path.

具体的には、主湾曲部が径方向外方に向かって湾曲している場合には、主湾曲面、固定部側湾曲面及び受力部側湾曲面は、変形体の外周面に規定される。このとき、固定部側湾曲面及び受力部側湾曲面は、閉ループ状の経路に対し径方向内方に向かって湾曲していれば良い。この場合、各変形体の計測部位A1〜A4またはA1〜A8は変形体の外周面(主湾曲部の径方向外方の面)に規定される。あるいは、主湾曲部が径方向内方に向かって湾曲している場合には、主湾曲面、固定部側湾曲面及び受力部側湾曲面は、変形体の内周面に規定される。このとき、固定部側湾曲面及び受力部側湾曲面は、閉ループ状の経路に対し径方向外方に向かって湾曲していれば良い。この場合、各変形体の計測部位A1〜A4またはA1〜A8は変形体の内周面(径方向内方の面)に規定される。 Specifically, when the main curved portion is curved outward in the radial direction, the main curved surface, the fixed portion side curved surface, and the receiving portion side curved surface are defined as the outer peripheral surface of the deformed body. To. At this time, the curved surface on the fixed portion side and the curved surface on the receiving portion side may be curved inward in the radial direction with respect to the closed loop path. In this case, the measurement sites A1 to A4 or A1 to A8 of each deformed body are defined on the outer peripheral surface of the deformed body (the radial outer surface of the main curved portion). Alternatively, when the main curved portion is curved inward in the radial direction, the main curved surface, the fixed portion side curved surface, and the receiving portion side curved surface are defined as the inner peripheral surface of the deformed body. At this time, the curved surface on the fixed portion side and the curved surface on the receiving portion side may be curved outward in the radial direction with respect to the closed loop path. In this case, the measurement sites A1 to A4 or A1 to A8 of each deformed body are defined on the inner peripheral surface (inward surface in the radial direction) of the deformed body.

< 変形例2 >
次に、図1に示す固定体10及び受力体20を変更した変形例について、図48及び図49を参照して説明する。図48は、図1の基本構造1の変形例を示す概略平面図であり、図49は、図48の[48]−[48]線断面図である。
<Modification example 2>
Next, a modified example in which the fixed body 10 and the receiving body 20 shown in FIG. 1 are modified will be described with reference to FIGS. 48 and 49. FIG. 48 is a schematic plan view showing a modified example of the basic structure 1 of FIG. 1, and FIG. 49 is a cross-sectional view taken along the line [48]-[48] of FIG.

図1に示す例では、変形体40が固定体10と受力体20とに挟まれて配置されていた。これに対し、図48及び図49に示す例では、固定体10a及び受力体20aが、変形体40に関して同じ側に配置されている。具体的には、図49に示すように、2つの固定体10aと2つの受力体20aとが、閉ループ状の経路に沿って交互に配置されている。各固定体10aは、変形体40の各固定部41、42にZ軸正側から接続されており、各受力体20aは、変形体40の各受力部43、44にZ軸正側から接続されている。なお、各固定体10a及び各受力体20aは、Z軸負側から変形体40に接続されても良いし、各固定体10a及び各受力体20aのうち一方がZ軸正側から、他方がZ軸負側から、変形体40に接続されていても良い。 In the example shown in FIG. 1, the deformed body 40 is arranged so as to be sandwiched between the fixed body 10 and the receiving body 20. On the other hand, in the examples shown in FIGS. 48 and 49, the fixed body 10a and the receiving body 20a are arranged on the same side with respect to the deformed body 40. Specifically, as shown in FIG. 49, the two fixed bodies 10a and the two receiving bodies 20a are alternately arranged along a closed loop-shaped path. Each fixed body 10a is connected to the fixed portions 41 and 42 of the deformed body 40 from the Z-axis positive side, and each receiving body 20a is connected to the receiving portions 43 and 44 of the deformed body 40 on the Z-axis positive side. Is connected from. Each fixed body 10a and each receiving body 20a may be connected to the deformed body 40 from the negative side of the Z axis, or one of the fixed body 10a and each receiving body 20a may be connected from the positive side of the Z axis. The other side may be connected to the deformed body 40 from the negative side of the Z axis.

また、図49に示すように、受力体20aは、Z軸正方向(上方)を向いた受力体表面23aを有し、固定体10aは、Z軸正方向(上方)を向いた固定体表面13aを有している。本変形例では、変形体40から受力体表面23aまでの距離と、変形体40から固定体表面13aまでの距離と、が共に異なっている。より具体的には、固定体表面13aは、受力体表面20aより変形体40の遠位に配置されている。図示される例では、固定体10a及び受力体20aの上面(Z軸正側の面)がXY平面と平行な面となっており、固定体10aの上面のZ座標が、受力体20aの上面のZ座標より大きくなっている。このようなZ座標の相違は、図48及び図49に示す基本構造体1aが取り付けられる取付対象物の構成に応じて、設定されている。したがって、取付対象物の構成によっては、固定体表面13aのZ座標が受力体表面23aのZ座標より小さくなっていても良いし、固定体表面13aのZ座標と受力体表面23aのZ座標とが同じであっても良い。 Further, as shown in FIG. 49, the receiving body 20a has a receiving body surface 23a facing the Z-axis positive direction (upward), and the fixed body 10a is fixed facing the Z-axis positive direction (upward). It has a body surface 13a. In this modification, the distance from the deformed body 40 to the surface of the receiving body 23a and the distance from the deformed body 40 to the surface of the fixed body 13a are both different. More specifically, the fixed body surface 13a is arranged distal to the deformed body 40 from the receiving body surface 20a. In the illustrated example, the upper surfaces of the fixed body 10a and the receiving body 20a (the surface on the positive side of the Z axis) are parallel to the XY plane, and the Z coordinate of the upper surface of the fixed body 10a is the receiving body 20a. It is larger than the Z coordinate of the upper surface of. Such a difference in Z coordinate is set according to the configuration of the attachment object to which the basic structure 1a shown in FIGS. 48 and 49 is attached. Therefore, depending on the configuration of the object to be attached, the Z coordinate of the fixed body surface 13a may be smaller than the Z coordinate of the receiving body surface 23a, or the Z coordinate of the fixed body surface 13a and the Z coordinate of the receiving body surface 23a. The coordinates may be the same.

< 変形例3 >
また、図50は、図1の基本構造1の更なる変形例を示す概略断面図である。図50に示す例では、固定体10bが接続部材33、34(図1、図3参照)を介さずに、各固定部41、42と一体的に形成されている。このような構成によっても、図1に示す基本構造と同様の作用を提供することができる。なお、図示されていないが、固定体10bに代えて受力体20bが接続部材31、32(図1参照)を介さずに、各受力部43、44と一体的に形成されていても良い。あるいは、固定体10bが各固定部41、42と一体的に形成され、且つ、受力体20bが各受力部43、44と一体的に形成さていても良い。
<Modification example 3>
Further, FIG. 50 is a schematic cross-sectional view showing a further modification example of the basic structure 1 of FIG. In the example shown in FIG. 50, the fixing body 10b is integrally formed with the fixing portions 41 and 42 without interposing the connecting members 33 and 34 (see FIGS. 1 and 3). Even with such a configuration, it is possible to provide the same operation as the basic structure shown in FIG. Although not shown, even if the receiving body 20b is integrally formed with the receiving parts 43 and 44 instead of the fixed body 10b without using the connecting members 31 and 32 (see FIG. 1). good. Alternatively, the fixed body 10b may be integrally formed with the fixed portions 41 and 42, and the receiving body 20b may be integrally formed with the receiving portions 43 and 44.

これらの変形例は、図16に示す変形体40及び図18に示す変形体640や、図28、図34に示す各力覚センサ301c、401cの変形体340、440にも、採用が可能である。そして、このような変形体を有する力覚センサにおいても、§1〜§5に示す各力覚センサと同様の機能が提供され得る。 These modified examples can also be adopted in the deformed bodies 40 shown in FIG. 16 and the deformed body 640 shown in FIG. 18, and the deformed bodies 340 and 440 of the force sensor 301c and 401c shown in FIGS. 28 and 34. is there. Further, the force sensor having such a deformed body can be provided with the same function as each force sensor shown in §1 to §5.

<<< §7. 本発明の第4の実施の形態による力覚センサ >>>
次に、以上の各力覚センサをロボットなどの取付対象物に強固に取り付けるための工夫について説明する。
<<< §7. Force sensor according to the fourth embodiment of the present invention >>>
Next, a device for firmly attaching each of the above force sensors to an object to be attached such as a robot will be described.

以上の各力覚センサは、固定体が例えばロボット本体に連結され、受力体にはグリッパーなどのエンドエフェクターが連結される。これにより、エンドエフェクターに作用する力ないしトルクが力覚センサにより計測されるようになっている。力覚センサとロボット本体及びエンドエフェクターとの連結は、一般に、ネジまたはボルトが、力覚センサの受力体及び固定体にそれぞれ設けられた2〜4カ所の締結部に締結されることによって実現される。 In each of the above force sensors, a fixed body is connected to, for example, a robot body, and an end effector such as a gripper is connected to the receiving body. As a result, the force or torque acting on the end effector is measured by the force sensor. The connection between the force sensor and the robot body and the end effector is generally realized by fastening screws or bolts to two or four fastening portions provided on the receiving body and the fixed body of the force sensor, respectively. Will be done.

ところで、以上の各力覚センサは、高荷重の力及び/またはトルク(モーメント)を計測するのに好適に採用される。このため、ヒステリシスの問題が生じやすく、その対策が重要となる。特に、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力Fy、及びZ軸周りのモーメントMzにおいて、ヒステリシスの対策が重要である。 By the way, each of the above force sensors is suitably adopted for measuring a force and / or torque (moment) of a high load. Therefore, the problem of hysteresis is likely to occur, and countermeasures against it are important. In particular, it is important to take measures against hysteresis in the force Fx in the X-axis direction, the force Fy in the Y-axis direction, and the moment Mz around the Z-axis.

ヒステリシスを回避するためには、力覚センサの締結部の締結力を大きくする必要がある。このためには、ボルトの径を大きくするか、締結部を増加させる必要がある。しかしながら、この場合、ヒステリシスの問題は解消あるいは低減されるが、力覚センサの外形の寸法が大きくなるという問題が生じる。このような問題を解消するため、力覚センサとロボット本体及び/またはエンドエフェクターとを図41に示すような組合せ体1000として構成することにより、力覚センサの外形の寸法を大きくすることなく、ヒステリシスの問題を解消ないし低減させることができる。
< 7−1.実施例1 >
図41は、図1の変形例による力覚センサ101cと、この力覚センサ101cが取り付けられる取付対象物2と、による組合せ体1000を示す概略断面図である。また、図42は、Z軸負方向から見た、図41に示す力覚センサ101cのセンサ側凸部110pを示す概略底面図である。
In order to avoid hysteresis, it is necessary to increase the fastening force of the fastening portion of the force sensor. For this purpose, it is necessary to increase the diameter of the bolt or increase the number of fastening portions. However, in this case, although the problem of hysteresis is solved or reduced, there is a problem that the outer dimension of the force sensor becomes large. In order to solve such a problem, the force sensor and the robot body and / or the end effector are configured as a combination 1000 as shown in FIG. 41 without increasing the external dimensions of the force sensor. The problem of hysteresis can be solved or reduced.
<7-1. Example 1>
FIG. 41 is a schematic cross-sectional view showing a combination 1000 of a force sensor 101c according to a modification of FIG. 1 and an attachment object 2 to which the force sensor 101c is attached. Further, FIG. 42 is a schematic bottom view showing a sensor-side convex portion 110p of the force sensor 101c shown in FIG. 41 as viewed from the negative direction of the Z axis.

図41に示すように、組合せ体1000に含まれる力覚センサ101cは、取付凹部2rを有する取付対象物2に取り付けられるようになっている。取付対象物2とは、例えば上述したロボット本体である。力覚センサ101cの固定体110は、取付対象物2に面する領域に取付凹部2rに収容されるセンサ側凸部110pを有している。更に、固定体110は、その外縁部に貫通孔110aが形成されている。貫通孔110aは、Z軸から等距離で、固定体110の周方向に等間隔で複数設けられていて良い。図40に示すように、取付対象物2には、貫通孔110aに対応する位置に、取付孔2aが形成されている。取付孔2aの内周面には、ネジ溝が形成されている。貫通孔110a及び取付孔2aは、それぞれの中心軸線がZ軸と平行であるように形成されている。 As shown in FIG. 41, the force sensor 101c included in the combination 1000 is attached to the attachment object 2 having the attachment recess 2r. The object to be attached 2 is, for example, the robot body described above. The fixed body 110 of the force sensor 101c has a sensor-side convex portion 110p housed in a mounting recess 2r in a region facing the mounting object 2. Further, the fixed body 110 is formed with a through hole 110a at its outer edge. A plurality of through holes 110a may be provided at equal distances from the Z axis and at equal intervals in the circumferential direction of the fixed body 110. As shown in FIG. 40, a mounting hole 2a is formed in the mounting object 2 at a position corresponding to the through hole 110a. A screw groove is formed on the inner peripheral surface of the mounting hole 2a. The through hole 110a and the mounting hole 2a are formed so that their respective central axes are parallel to the Z axis.

図41に示すように、力覚センサ101cが取付対象物2に取り付けられる際の取付方向(Z方向)に対し、センサ側凸部110pの外周面110fがなす鋭角θ1は、当該取付方向に対し、取付凹部2rの内周面2fがなす鋭角θ2より小さい。そして、センサ側凸部110pは、取付対象物2の取付凹部2rに収容される際に、取付凹部2rの内周面2fによって、取付凹部2rの内側に向かって押圧されるようになっている。また、図42に示すように、センサ側凸部110pは、Z軸負方向(図41における下方)から見て、間隔を空けて互いに対向する一対の凸部として固定体110上に設けられている。力覚センサ101cのその他の構成は、第1の実施の形態による力覚センサ1cと同じであるため、ここではその詳細な説明は省略する。 As shown in FIG. 41, the acute angle θ1 formed by the outer peripheral surface 110f of the sensor-side convex portion 110p is relative to the mounting direction (Z direction) when the force sensor 101c is mounted on the mounting object 2. , It is smaller than the acute angle θ2 formed by the inner peripheral surface 2f of the mounting recess 2r. Then, when the sensor-side convex portion 110p is accommodated in the mounting recess 2r of the mounting object 2, the inner peripheral surface 2f of the mounting recess 2r presses the convex portion 110p toward the inside of the mounting recess 2r. .. Further, as shown in FIG. 42, the sensor-side convex portion 110p is provided on the fixed body 110 as a pair of convex portions facing each other at intervals when viewed from the negative direction of the Z axis (lower side in FIG. 41). There is. Since the other configurations of the force sensor 101c are the same as those of the force sensor 1c according to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted here.

このような力覚センサ101cは、固定具としてのボルト3によって取付対象物2に固定される。すなわち、貫通孔110aと同数のボルト3が用意され、これらのボルト3が、取付対象物2が存在している側とは反対側から各貫通孔110aに挿入される。そして、各ボルト3が、対応する取付孔2aに螺着される。この螺着の過程で、センサ側凸部110pは、取付凹部2rの内周面2fに当接する。この状態から、更に各ボルト3を締めることにより、センサ側凸部110pは、取付凹部2rの内周面2fによって、取付凹部2rの内側に向かって、すなわちセンサ側凸部110pを構成する一対の凸部が互いに近接する側に、押圧される。この押圧により、センサ側凸部110pは取付凹部2rの内側に向かって弾性変形(撓み変形)する。このようなセンサ側凸部110pの弾性変形は、取付凹部2rの内周面2fに関する角度θ2と、センサ側凸部110pの外周面110fに関する角度θ1と、の関係によって、スムーズにもたらされる。 Such a force sensor 101c is fixed to the attachment object 2 by a bolt 3 as a fixture. That is, the same number of bolts 3 as the through holes 110a are prepared, and these bolts 3 are inserted into the through holes 110a from the side opposite to the side where the mounting object 2 exists. Then, each bolt 3 is screwed into the corresponding mounting hole 2a. In the process of screwing, the convex portion 110p on the sensor side comes into contact with the inner peripheral surface 2f of the mounting recess 2r. From this state, by further tightening each bolt 3, the sensor-side convex portion 110p is formed by the inner peripheral surface 2f of the mounting recess 2r toward the inside of the mounting recess 2r, that is, a pair of sensor-side convex portions 110p. The protrusions are pressed toward the side close to each other. By this pressing, the sensor-side convex portion 110p is elastically deformed (deflected and deformed) toward the inside of the mounting recess 2r. Such elastic deformation of the sensor-side convex portion 110p is smoothly brought about by the relationship between the angle θ2 with respect to the inner peripheral surface 2f of the mounting recess 2r and the angle θ1 with respect to the outer peripheral surface 110f of the sensor-side convex portion 110p.

そして、各ボルト3を更に締めることにより、センサ側凸部110pが、取付凹部2rの内周面2fの内側に向かって更に弾性変形しながら、力覚センサ101cと取付対象物2との間隙が次第に減少し、やがて当該間隙がゼロになる。これにより、取付対象物2に対する力覚センサ101cの取付が完了する。このとき、センサ側凸部110pの外周面110fは、取付凹部2rの内周面2fと実質的に同じ傾斜となる。この結果、センサ側凸部110pの復元力により、センサ側凸部110pと取付凹部2rとの間に大きな力が作用するのである。 Then, by further tightening each bolt 3, the sensor-side convex portion 110p is further elastically deformed toward the inside of the inner peripheral surface 2f of the mounting recess 2r, and the gap between the force sensor 101c and the mounting object 2 is created. It gradually decreases, and eventually the gap becomes zero. As a result, the attachment of the force sensor 101c to the attachment object 2 is completed. At this time, the outer peripheral surface 110f of the sensor-side convex portion 110p has substantially the same inclination as the inner peripheral surface 2f of the mounting recess 2r. As a result, due to the restoring force of the sensor-side convex portion 110p, a large force acts between the sensor-side convex portion 110p and the mounting recess 2r.

力覚センサ101c及び取付対象物2を以上のような組合せ体1000として構成すれば、力覚センサ101cを取付対象物2に対してぐらつくこと無く強固に固定することができ、ヒステリシスの問題を効果的に解消ないし低減させることができる。もちろん、以上のような取り付け態様は、受力体(不図示)とエンドエフェクターとの連結部位においても採用されることが好ましい。 If the force sensor 101c and the attachment object 2 are configured as the combination 1000 as described above, the force sensor 101c can be firmly fixed to the attachment object 2 without wobbling, and the problem of hysteresis is effective. It can be eliminated or reduced. Of course, it is preferable that the above mounting mode is also adopted at the connecting portion between the receiving body (not shown) and the end effector.

なお、上述した例とは逆に、力覚センサ側にセンサ側凹部を設け、取付対象物側に、センサ側凹部に収容される取付凸部を設けても良い。この場合、上述したセンサ側凸部110pに対応する構造を取付凸部に採用し、上述した取付凹部2rに対応する構造をセンサ側凹部に採用すればよい。この場合も、上述した例と同様に、力覚センサを取付対象物に対してぐらつくこと無く強固に固定することができる。 Contrary to the above-mentioned example, the sensor-side concave portion may be provided on the force sensor side, and the mounting convex portion accommodated in the sensor-side concave portion may be provided on the mounting object side. In this case, the structure corresponding to the sensor-side convex portion 110p described above may be adopted for the mounting convex portion, and the structure corresponding to the mounting concave portion 2r described above may be adopted for the sensor-side concave portion. In this case as well, the force sensor can be firmly fixed to the attachment object without wobbling, as in the above-mentioned example.

また、上述した例では、センサ側凸部110pが、互いに対向する一対の凸部である場合について説明した。しかしながら、このような例には限定されない。例えば、図43や図44に示す取付凸部も採用され得る。図43及び図44は、力覚センサの取付凸部の他の例を示す概略低面図である。図43は、環状の経路に沿って連続的に設けられた突出部110Apを示しており、図44は、環状の経路に沿って断続的に設けられた突出部110Bpを示している。これらの突出部110Ap、110Bpが採用された力覚センサでも、上述した例と同様に、力覚センサを取付対象物2に対してぐらつくこと無く強固に固定することができる。もちろん、図43または図44に示す環状の取付凸部を採用した場合には、取付対象物に形成される取付凹部も環状に構成されることになる。 Further, in the above-described example, the case where the sensor-side convex portions 110p are a pair of convex portions facing each other has been described. However, it is not limited to such an example. For example, the mounting protrusions shown in FIGS. 43 and 44 may also be adopted. 43 and 44 are schematic low-level views showing another example of the mounting convex portion of the force sensor. FIG. 43 shows the protrusions 110Ap continuously provided along the annular path, and FIG. 44 shows the protrusions 110Bp intermittently provided along the annular path. Even in the force sensor in which these protrusions 110Ap and 110Bp are adopted, the force sensor can be firmly fixed to the mounting object 2 without wobbling, as in the above-described example. Of course, when the annular mounting convex portion shown in FIG. 43 or FIG. 44 is adopted, the mounting concave portion formed on the mounting object is also formed in an annular shape.

更には、矩形、三角形、多角形などの各種の閉ループ状の経路に沿って、連続的に、または断続的に、取付凸部を構成しても良い。 Further, the mounting convex portion may be formed continuously or intermittently along various closed loop-shaped paths such as a rectangle, a triangle, and a polygon.

< 7−2.実施例2 >
次に、ヒステリシスの問題を解消ないし低減させるための他の例について、図45を参照して説明する。
<7-2. Example 2>
Next, another example for solving or reducing the problem of hysteresis will be described with reference to FIG. 45.

図45は、図1の変形例による力覚センサ101Acと、この力覚センサが取り付けられる取付対象物2Aと、による他の組合せ体1001を示す概略断面図である。図45に示すように、組合せ体1001を構成する力覚センサ101Acは、固定体110Aの貫通孔110Aaの取付対象物2A側(Z軸負側)の縁部に、取付対象物2Aに向かって突出した突出部110Apが設けられている。この突出部110Apは、貫通孔110Aaの縁部に沿って連続的に設けられていても良く、あるいは、当該縁部に沿って断続的に設けられていても良い。突出部110Apの外周面には、取付対象物2Aに向かって先細となるセンサ側テーパ面110Atが形成されている。 FIG. 45 is a schematic cross-sectional view showing another combination 1001 by the force sensor 101Ac according to the modified example of FIG. 1 and the attachment object 2A to which the force sensor is attached. As shown in FIG. 45, the force sensor 101Ac constituting the combination body 1001 is directed toward the mounting object 2A at the edge of the through hole 110Aa of the fixed body 110A on the mounting target 2A side (Z-axis negative side). A protruding portion 110Ap is provided. The protruding portion 110Ap may be continuously provided along the edge portion of the through hole 110Aa, or may be provided intermittently along the edge portion. On the outer peripheral surface of the protruding portion 110Ap, a sensor-side tapered surface 110At that tapers toward the mounting object 2A is formed.

更に、組合せ体1001を構成する取付対象物2Aは、取付孔2Aaの力覚センサ101Ac側の縁部が面取りされており、当該縁部にすり鉢状の取付側テーパ面2Atが形成されている。力覚センサ101Acが取付対象物2Aに取り付けられる際の取付方向(Z軸方向)に対し上述したセンサ側テーパ面110Atがなす鋭角θ3は、当該取付方向に対し取付側テーパ面2Atがなす鋭角θ4より小さい。なお、センサ側テーパ面110Atは、貫通孔110Aaの縁部の全周にわたって一定である必要は無いが、前記取付方向に対して成す鋭角が、常に、対応する取付側テーパ面2Atが前記取付方向に対して成す鋭角より小さく構成される。組合せ体1001のその他の構成は、図41に示す組合せ体1000と同じであるため、ここではその詳細な説明は省略する。ただし、本実施例では、上述したセンサ側凸部110p及び取付凹部2rが設けられている必要は無い。 Further, in the mounting object 2A constituting the combination body 1001, the edge portion of the mounting hole 2Aa on the force sensor 101Ac side is chamfered, and a mortar-shaped mounting side tapered surface 2At is formed on the edge portion. The acute angle θ3 formed by the sensor-side tapered surface 110At with respect to the mounting direction (Z-axis direction) when the force sensor 101Ac is mounted on the mounting object 2A is the acute angle θ4 formed by the mounting-side tapered surface 2At with respect to the mounting direction. Smaller. The sensor-side tapered surface 110At does not have to be constant over the entire circumference of the edge of the through hole 110Aa, but the acute angle formed with respect to the mounting direction is always such that the corresponding mounting-side tapered surface 2At is in the mounting direction. It is configured to be smaller than the acute angle formed with respect to. Since the other configurations of the combination 1001 are the same as those of the combination 1000 shown in FIG. 41, detailed description thereof will be omitted here. However, in this embodiment, it is not necessary to provide the sensor-side convex portion 110p and the mounting concave portion 2r described above.

このような力覚センサ101Acは、固定具としてのボルト3によって取付対象物2Aに固定される。すなわち、貫通孔110Aaと同数のボルト3が用意され、これらのボルト3が、取付対象物2Aが存在している側とは反対側から各貫通孔110Aaに挿入される。そして、各ボルト3が、対応する取付孔2Aaに螺着される。この螺着の過程で、センサ側テーパ面110Atは、取付側テーパ面2Atに当接する。この状態から、更に各ボルト3を締めることにより、突出部110Apは、取付孔2Aaの縁部、すなわち取付側テーパ面2Atを押圧する。換言すれば、突出部110Apが、取付側テーパ面2Atによって、取付孔2Aaの内側に向かって押圧される。この押圧により、突出部110Apは、取付孔2Aaの内側に向かって弾性変形(撓み変形)する。このような突出部110Apの弾性変形は、センサ側テーパ面110Atに関する鋭角θ3と、取付側テーパ面2Atに関する鋭角θ4と、の大小関係によって、スムーズにもたらされる。 Such a force sensor 101Ac is fixed to the attachment object 2A by a bolt 3 as a fixture. That is, the same number of bolts 3 as the through holes 110Aa are prepared, and these bolts 3 are inserted into the through holes 110Aa from the side opposite to the side where the mounting object 2A exists. Then, each bolt 3 is screwed into the corresponding mounting hole 2Aa. In the process of screwing, the sensor-side tapered surface 110At comes into contact with the mounting-side tapered surface 2At. From this state, by further tightening each bolt 3, the protruding portion 110Ap presses the edge portion of the mounting hole 2Aa, that is, the mounting side tapered surface 2At. In other words, the protruding portion 110Ap is pressed toward the inside of the mounting hole 2Aa by the mounting side tapered surface 2At. By this pressing, the protruding portion 110Ap is elastically deformed (deflected and deformed) toward the inside of the mounting hole 2Aa. Such elastic deformation of the protruding portion 110Ap is smoothly brought about by the magnitude relationship between the acute angle θ3 with respect to the sensor-side tapered surface 110At and the acute angle θ4 with respect to the mounting-side tapered surface 2At.

そして、各ボルト3を更に締めることにより、突出部110Apが、取付孔2Aaの内側に向かって更に弾性変形しながら、力覚センサ101Acと取付対象物2Aとの間隙が次第に減少し、やがて当該間隙がゼロになる。これにより、取付対象物2Aに対する力覚センサ101Acの取付が完了する。このとき、突出部110Apのセンサ側テーパ面110Atは、取付側テーパ面2Atと実質的に同じ傾斜となる。この結果、突出部110Apの復元力により、センサ側テーパ面110Atと取付側テーパ面2Atとの間に大きな力が作用するのである。 Then, by further tightening each bolt 3, the protrusion 110Ap is further elastically deformed toward the inside of the mounting hole 2Aa, and the gap between the force sensor 101Ac and the mounting object 2A gradually decreases, and eventually the gap Becomes zero. As a result, the attachment of the force sensor 101Ac to the attachment object 2A is completed. At this time, the sensor-side tapered surface 110At of the protruding portion 110Ap has substantially the same inclination as the mounting-side tapered surface 2At. As a result, due to the restoring force of the protruding portion 110Ap, a large force acts between the sensor side tapered surface 110At and the mounting side tapered surface 2At.

力覚センサ101Ac及び取付対象物2Aを以上のような組合せ体1001として構成すれば、力覚センサ101Acを取付対象物2Aに対してぐらつくこと無く強固に固定することができ、ヒステリシスの問題を効果的に解消ないし低減させることができる。もちろん、以上のような取り付け態様は、受力体(不図示)とエンドエフェクターとの連結部位においても採用されることが好ましい。 If the force sensor 101Ac and the attachment object 2A are configured as the combination 1001 as described above, the force sensor 101Ac can be firmly fixed to the attachment object 2A without wobbling, and the problem of hysteresis is effective. It can be eliminated or reduced. Of course, it is preferable that the above mounting mode is also adopted at the connecting portion between the receiving body (not shown) and the end effector.

<<< §8. 変形体の製造方法 >>>
次に、図46及び図47を参照して、変形体の製造方法の一例について説明する。図46及び図47は、図1に示す変形体40の製造方法を説明するための図である。図46は、受力部側湾曲部46m及び固定部側湾曲部46fが形成される前の第2変形部46を示す概略側面図であり、図47は、受力部側湾曲部46m及び固定部側湾曲部46fが形成された後の第2変形部46を示す概略側面図である。
<<< §8. Manufacturing method of deformed body >>>
Next, an example of a method for manufacturing a modified body will be described with reference to FIGS. 46 and 47. 46 and 47 are diagrams for explaining a method of manufacturing the modified body 40 shown in FIG. FIG. 46 is a schematic side view showing the second deformed portion 46 before the receiving portion side curved portion 46m and the fixed portion side curved portion 46f are formed, and FIG. 47 is a schematic side view showing the receiving portion side curved portion 46m and the fixed portion side curved portion 46f. It is a schematic side view which shows the 2nd deformation part 46 after the part side bending part 46f is formed.

図46に示すように、まず、受力部側湾曲部46m及び固定部側湾曲部46fが形成されていない状態の第2変形部46が準備される。この第2変形部46は、Z軸負側に向かって湾曲し、Z軸負側の面に主湾曲面46paが設けられている。この主湾曲面46paと固定部42との接続部分、及び、主湾曲面46paと受力部43との接続部分が、共に鋭角を成している。 As shown in FIG. 46, first, a second deformed portion 46 in a state in which the receiving portion side curved portion 46 m and the fixed portion side curved portion 46f are not formed is prepared. The second deformed portion 46 is curved toward the negative side of the Z axis, and a main curved surface 46pa is provided on the surface on the negative side of the Z axis. The connecting portion between the main curved surface 46pa and the fixing portion 42 and the connecting portion between the main curved surface 46pa and the receiving portion 43 both form an acute angle.

次に、図47に示すように、第2変形部46と受力部43との接続部分、及び第2変形部46と固定部42との接続部分に、Z軸と直交する方向(変形体の径方向、図47における奥行き方向)に延在する貫通孔H1、H2を形成する。これらの貫通孔H1、H2は、径方向から見て、Z軸正側の弧が主湾曲部46pの主湾曲面46pa(図39に示す変形体540Aを製造する場合には、固定部側直線部545Afs〜548Afs及び受力部側直線部545Ams〜548Ams)と滑らかに接続するように形成される。この結果、図47に示すように、第2変形部46と固定部42との接続部分に形成された貫通孔H1のZ軸正側の湾曲面が固定部側湾曲面46faを構成し、第2変形部46と受力部43との接続部分に形成された貫通孔H2のZ軸正側の湾曲面が受力部側湾曲面46maを構成する。従って、図47に示すように、貫通孔H1のZ軸正側の部分が固定部側湾曲部46fとなり、貫通孔H2のZ軸正側の部分が受力部側湾曲部46mとなる。 Next, as shown in FIG. 47, the connection portion between the second deformed portion 46 and the receiving portion 43 and the connecting portion between the second deformed portion 46 and the fixed portion 42 are in a direction orthogonal to the Z axis (deformed body). The through holes H1 and H2 extend in the radial direction and the depth direction in FIG. 47). In these through holes H1 and H2, when viewed from the radial direction, the arc on the positive side of the Z axis is the main curved surface 46pa of the main curved portion 46p (when the deformed body 540A shown in FIG. 39 is manufactured, the fixed portion side straight line). It is formed so as to be smoothly connected to the portions 545Afs to 548Afs and the receiving portion side straight portion 545Ams to 548Ams). As a result, as shown in FIG. 47, the curved surface on the Z-axis positive side of the through hole H1 formed in the connecting portion between the second deformed portion 46 and the fixed portion 42 constitutes the fixed portion side curved surface 46fa. 2. The curved surface on the Z-axis positive side of the through hole H2 formed at the connecting portion between the deformed portion 46 and the receiving portion 43 constitutes the receiving portion side curved surface 46ma. Therefore, as shown in FIG. 47, the Z-axis positive side portion of the through hole H1 becomes the fixed portion side curved portion 46f, and the Z-axis positive side portion of the through hole H2 becomes the receiving portion side curved portion 46 m.

以上の説明においては、第2変形部46を形成する方法についてのみ説明を行ったが、第1、第3及び第4変形部45、47、48も同様にして形成することにより、変形体40を容易に製造することができる。更に、このような製造方法は、上述した各力覚センサの変形体において採用され得る。この際、当該製造方法は、各変形体の形状に応じて、適宜に変更され得る。例えば、§6で説明した、変形体の径方向内方または径方向外方に湾曲した主湾曲面、固定部側湾曲面、受力部側湾曲面を有する変形体においては、上述した貫通孔H1、H2は、Z軸と平行な方向に形成されることになる。更に、主湾曲面、固定部側湾曲面、受力部側湾曲面がZ軸正側に設けられている変形体、すなわち主湾曲面がZ軸正側に向かって湾曲し、固定部側湾曲面及び受力部側湾曲面がZ軸負側に向かって湾曲した変形体においては、上述した貫通孔H1、H2は、第2変形部46と固定部42との接続部分に形成された貫通孔H1のZ軸負側の湾曲面が固定部側湾曲面46faを構成し、第2変形部46と受力部43との接続部分に形成された貫通孔H2のZ軸負側の湾曲面が受力部側湾曲面46maを構成する。従って、貫通孔H1のZ軸負側の部分が固定部側湾曲部46fとなり、貫通孔H2のZ軸負側の部分が受力部側湾曲部46mとなる。 In the above description, only the method of forming the second deformed portion 46 has been described, but by forming the first, third, and fourth deformed portions 45, 47, and 48 in the same manner, the deformed body 40 Can be easily manufactured. Further, such a manufacturing method can be adopted in the above-mentioned modified body of each force sensor. At this time, the manufacturing method can be appropriately changed according to the shape of each deformed body. For example, in the deformed body having the main curved surface curved inward or radially outward in the radial direction, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side described in §6, the above-mentioned through hole H1 and H2 are formed in a direction parallel to the Z axis. Further, a deformed body in which the main curved surface, the fixed portion side curved surface, and the receiving portion side curved surface are provided on the Z-axis positive side, that is, the main curved surface is curved toward the Z-axis positive side, and the fixed portion side is curved. In the deformed body in which the surface and the curved surface on the receiving portion side are curved toward the negative side of the Z axis, the above-mentioned through holes H1 and H2 are through holes formed in the connecting portion between the second deformed portion 46 and the fixed portion 42. The curved surface on the negative side of the Z axis of the hole H1 constitutes the curved surface 46fa on the fixed portion side, and the curved surface on the negative side of the Z axis of the through hole H2 formed at the connecting portion between the second deformed portion 46 and the receiving portion 43. Consists of a curved surface 46 ma on the receiving portion side. Therefore, the Z-axis negative side portion of the through hole H1 becomes the fixed portion side curved portion 46f, and the Z-axis negative side portion of the through hole H2 becomes the receiving portion side curved portion 46 m.

Claims (4)

XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出する力覚センサであって、
力ないしモーメントの作用によって弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、XYZ三次元座標系に対して固定された少なくとも2つの固定部と、当該変形体の閉ループ状の経路において前記固定部に隣接して位置付けられ、力ないしモーメントの作用を受ける、少なくとも2つの受力部と、前記閉ループ状の経路において隣接する前記固定部と前記受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、
Z軸方向に湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記固定部とを接続し、Z軸方向に湾曲した固定部側湾曲面を有する、固定部側湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記受力部とを接続し、Z軸方向に湾曲した受力部側湾曲面を有する、受力部側湾曲部と、を有し、
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、前記変形部のZ軸正側またはZ軸負側に設けられ、湾曲の向きが互いに異なっており、
前記検出回路は、前記主湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力する、力覚センサ。
A force sensor that detects at least one of a force in each axial direction and a moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A closed-loop deformed body that elastically deforms due to the action of force or moment,
A detection circuit that outputs an electric signal indicating an acting force or moment based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body is positioned adjacent to at least two fixed parts fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system and the fixed parts in a closed loop path of the deformed body, and is affected by a force or a moment. It has at least two receiving portions and a deformed portion located between the fixed portion and the receiving portion that are adjacent to each other in the closed loop path.
The deformed part is
A main curved portion having a main curved surface curved in the Z-axis direction,
A fixed portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding fixed portion and has a fixed portion-side curved surface that is curved in the Z-axis direction.
The main curved portion and the corresponding receiving portion are connected to each other, and the receiving portion side curved portion having a curved surface on the receiving portion side curved in the Z-axis direction is provided.
The main curved surface, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side are both provided on the Z-axis positive side or the Z-axis negative side of the deformed portion, and the directions of curvature are different from each other. ,
The detection circuit is a force sensor that outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the main curved portion.
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、前記変形部のZ軸負側に設けられ、
前記主湾曲面は、Z軸負側に向かって湾曲しており、
前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面は、Z軸正側に向かって湾曲している、請求項1に記載の力覚センサ。
The main curved surface, the fixed portion side curved surface, and the receiving portion side curved surface are both provided on the Z-axis negative side of the deformed portion.
The main curved surface is curved toward the negative side of the Z axis.
The force sensor according to claim 1, wherein the curved surface on the fixed portion side and the curved surface on the receiving portion side are curved toward the positive side of the Z axis.
XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出する力覚センサであって、
XYZ三次元座標系に対して固定された固定体と、
Z軸を取り囲み、前記固定体に接続され、力ないしモーメントの作用により弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
前記変形体に接続され、力ないしモーメントの作用により前記固定体に対して相対移動する受力体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、前記受力体に作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、前記固定体に接続された少なくとも2つの固定部と、前記受力体に接続され、当該変形体の周方向において前記固定部に隣接して位置付けられた少なくとも2つの受力部と、隣接する前記固定部と前記受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、
Z軸方向に湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記固定部とを接続し、Z軸方向に湾曲した固定部側湾曲面を有する、固定部側湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記受力部とを接続し、Z軸方向に湾曲した受力部側湾曲面を有する、受力部側湾曲部と、を有し、
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、前記変形部のZ軸正側またはZ軸負側に設けられ、湾曲の向きが互いに異なっており、
前記検出回路は、前記主湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力し、
前記受力体は、Z軸正方向またはZ軸負方向を向いた受力体表面を有し、
前記固定体は、Z軸正方向またはZ軸負方向を向いた固定体表面を有し、
前記変形体から前記受力体表面までの距離と、前記変形体から前記固定体表面までの距離と、が異なる、力覚センサ。
A force sensor that detects at least one of a force in each axial direction and a moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A fixed body fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system,
A closed-loop deformed body that surrounds the Z-axis, is connected to the fixed body, and causes elastic deformation by the action of a force or moment.
A receiving body that is connected to the deformed body and moves relative to the fixed body by the action of a force or moment.
A detection circuit that outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the receiving body based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body has at least two fixed portions connected to the fixed body and at least two receiving portions connected to the receiving body and positioned adjacent to the fixed portion in the circumferential direction of the deformed body. And a deformed portion positioned between the adjacent fixed portion and the receiving portion.
The deformed part is
A main curved portion having a main curved surface curved in the Z-axis direction,
A fixed portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding fixed portion and has a fixed portion-side curved surface that is curved in the Z-axis direction.
The main curved portion and the corresponding receiving portion are connected to each other, and the receiving portion side curved portion having a curved surface on the receiving portion side curved in the Z-axis direction is provided.
The main curved surface, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side are both provided on the Z-axis positive side or the Z-axis negative side of the deformed portion, and the directions of curvature are different from each other. ,
The detection circuit outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the main bending portion.
The receiving body has a receiving body surface facing the Z-axis positive direction or the Z-axis negative direction.
The fixed body has a fixed body surface facing the Z-axis positive direction or the Z-axis negative direction.
A force sensor in which the distance from the deformed body to the surface of the receiving body and the distance from the deformed body to the surface of the fixed body are different.
XYZ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントのうち少なくとも1つを検出する力覚センサであって、
力ないしモーメントの作用によって弾性変形を生じる閉ループ状の変形体と、
前記変形体に生じる弾性変形に基づいて、作用した力ないしモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記変形体は、XYZ三次元座標系に対して固定された4つの固定部と、当該変形体の閉ループ状の経路において各固定部に隣接して位置付けられ、力ないしモーメントの作用を受ける、4つの受力部と、前記閉ループ状の経路において隣接する各固定部と各受力部との間に位置付けられた変形部と、を有し、
前記変形部は、
Z軸方向に湾曲した主湾曲面を有する主湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記固定部とを接続し、Z軸方向に湾曲した固定部側湾曲面を有する、固定部側湾曲部と、
前記主湾曲部とこれに対応する前記受力部とを接続し、Z軸方向に湾曲した受力部側湾曲面を有する、受力部側湾曲部と、を有し、
前記主湾曲面と、前記固定部側湾曲面及び前記受力部側湾曲面とは、共に、各変形部のZ軸正側またはZ軸負側に設けられ、湾曲の向きが互いに異なっており、
前記検出回路は、前記主湾曲部に生じる弾性変形に基づいて、前記電気信号を出力する、力覚センサ。
A force sensor that detects at least one of a force in each axial direction and a moment around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system.
A closed-loop deformed body that elastically deforms due to the action of force or moment,
A detection circuit that outputs an electric signal indicating an acting force or moment based on the elastic deformation generated in the deformed body is provided.
The deformed body is positioned adjacent to each fixed part in a closed loop-shaped path of the deformed body and four fixed parts fixed to the XYZ three-dimensional coordinate system, and is subjected to the action of a force or a moment. It has one receiving portion and a deformed portion positioned between each fixed portion and each receiving portion adjacent to each other in the closed loop path.
The deformed part is
A main curved portion having a main curved surface curved in the Z-axis direction,
A fixed portion-side curved portion that connects the main curved portion and the corresponding fixed portion and has a fixed portion-side curved surface that is curved in the Z-axis direction.
The main curved portion and the corresponding receiving portion are connected to each other, and the receiving portion side curved portion having a curved surface on the receiving portion side curved in the Z-axis direction is provided.
The main curved surface, the curved surface on the fixed portion side, and the curved surface on the receiving portion side are both provided on the Z-axis positive side or the Z-axis negative side of each deformed portion, and the directions of curvature are different from each other. ,
The detection circuit is a force sensor that outputs the electric signal based on the elastic deformation generated in the main curved portion.
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